Solarzelle mit Rückspiegel

Solarzellen aus Cadmiumtellurid oder Galliumarsenid sind heute schon um ein Vielfaches dünner als Solarzellen aus Silizium: Die Halbleiterschichten messen nur zwei bis vier millionstel Meter. Nun ist es Wissenschaftlern gelungen, eine solche Dünnschichtsolarzelle aus Galliumarsenid etwa auf ein Zehntel der bisher üblichen Dicke zu schrumpfen. Dennoch erreicht die Zelle einen Wirkungsgrad von fast 20 Prozent, berichtet das Team in der Fachzeitschrift „Nature Energy“. Möglich wird dieser relativ hohe Wert durch eine Spiegelschicht auf der Rückseite der extrem dünnen Halbleiterschicht.

Für ihren Prototyp verteilten Stéphane Collin von der französischen Universität Paris-Saclay und seine Kollegen ein zähflüssiges Gel aus Titandioxid auf einer Trägerschicht. Anschließend pressten sie mit einem Stempel eine filigrane Nanostruktur in dieses Gel. Nach dem Aushärten brachten die Forscher zwei weitere Schichten auf – angefangen mit einer reflektierenden Lage aus Silber. Es folgte eine nur rund 200 Nanometer dünne, photovoltaisch aktive Schicht aus Galliumarsenid. Aufgrund der geringeren Dicke kann das Material weniger Sonnenlicht absorbieren und in elektrischen Strom umwandeln als herkömmliche Dünnschichtsolarzellen. Hier macht sich die nanostrukturierte Spiegelschicht aus Silber und Titandioxid auf der Rückseite der Solarzelle bezahlt: Sie lenkt das einfallende Sonnenlicht mehrmals durch die Halbleiterschicht aus Galliumarsenid und steigert den Wirkungsgrad so deutlich. Erste Versuche im Labor mit normiertem künstlichem Sonnenlicht ergaben einen Wirkungsgrad von 19,9 Prozent. Solarzellen mit zehnfach dickeren Schichten aus Galliumarsensid erreichen dagegen etwa 29 Prozent.

Die Forscher um Collin sind davon überzeugt, dass sich der Wirkungsgrad ihrer extrem dünnen Solarzellen in Kürze auf 25 Prozent anheben lässt. Der Ansatz sollte sich zudem für andere Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Gallium-Selenid eignen. Gerade Tellur und Indium sind relativ teuer, sodass sich die Materialkosten für diese Dünnschichtzellen durch die neue Technik weiter senken ließen.