Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat Solarzellen auf Basis von III-V-Halbleitern entwickelt, die einen Wirkungsgrad von über 40 Prozent in Innenräumen erreichen. Durch die Optimierung des Designs und der Materialqualität des Absorbers konnte das Forschungsteam laut Fraunhofer ISE auch bei sehr schwachen Lichtverhältnissen von nur 100 Lux außergewöhnlich hohe Effizienzen erzielen.
Die Indoor-Photovoltaik nutzt das Licht in Innenräumen, um Strom zu erzeugen. Diese Technologie ist besonders nützlich für Geräte, die nicht ständig aufgeladen werden können, wie viele Komponenten in IoT-(Internet der Dinge)-Systemen. »Dafür kommen unterschiedliche Photovoltaik-Technologien in Frage«, erklärt Henning Helmers, Abteilungsleiter am Fraunhofer ISE. »III-V basierte Solarzellen haben aktuell noch die höchsten Materialkosten, sind aber auch am effizientesten, insbesondere unter künstlichem (LED) Licht«.
In ihrer Studie optimierten die Forschenden Galliumindiumphosphid-Solarzellen (GaInP), da ihre Bandlücke nahezu ideal für die Umwandlung von sichtbarem Licht in Strom ist. Unter Anregung mit einem 405 nm Laser beginnt die GaInP-Innenraumsolarzelle kräftig rot zu leuchten, wie auf dem Foto zu sehen ist.
»Wir haben untersucht, wie gut die Solarzellen mit unterschiedlichen Strukturen unter schwachen Lichtbedingungen arbeiten,« fasst Malte Klitzke, Hauptautor der Studie und Wissenschaftler am Fraunhofer ISE die Ergebnisse zusammen. »Dabei hat sich gezeigt, dass eine bestimmte Art von Solarzelle, die n-dotierte GaInP-Zelle, deutlich besser abschneidet als die p-dotierte Variante. N-dotierte GaInP-Zellen halten die Ladungsträger länger und haben eine erhöhte Leistung, selbst bei schwachem Licht. Deshalb konnten wir mit ihnen in unseren Versuchen sehr hohe Effizienzen bei der Umwandlung von Innenraumlicht in Strom erzielen.«
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