Mehrfachsolarzellen auf der Basis von III-V Halbleitern erzielen die höchsten Wirkungsgrade für die Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom. Klassische Vertreter für die III-V Materialien sind Gallium-Arsenid, Aluminium-Gallium-Arsenid und Gallium-Indium-Phosid. Im Gegensatz zu Silicium, erlauben die III-V Halbleitermaterialien durch eine Variation in der atomaren  Zusammensetzung, die Empfindlichkeit für bestimmte Wellenlängenbereiche des Sonnenspektrums zu optimieren. Stapelt man dann mehrere Solarzellen mit Empfindlichkeit vom blauen bis hin zum infraroten Spektralbereich übereinander, so erhält man eine Mehrfachsolarzelle. Verschaltet werden die Zellen durch sogenannte Tunneldioden und weitere funktionale Halbleiterschichten, so dass der komplexe Schichtstapel aus bis zu 40 Einzelschichten bestehen kann.

30 % Wirkungsgrad
Durch die auf jeden Spektralbereich optimierten Teilzellen und die sehr gute kristalline Qualität der eingesetzten III-V Materialien erzielen diese Solarzellen heute die höchsten Wirkungsgrade für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom. Unter den Bedingungen im Weltraum sind dies etwa 30 %. Seit 1995 finden die III-V Mehrfachsolarzellen ihren Einsatz in der Stromversorgung von Satelliten. Und für diese Anwendung ist das Potenzial noch nicht ausgeschöpft.  In Zukunft sollen die Solarzellen noch mehr elektrische Leistung pro Fläche generieren, ein geringeres Gewicht haben und hochenergetisch geladenen Teilchen in der Erdumlaufbahn besser standhalten. Die Freiburger Forscher entwickeln hierfür gemeinsam mit mit Azur Space Solar Power innovative Herstellungsprozesse für Mehrfachsolarzellen der nächsten Generation. Die Arbeiten werden durch die europäische Weltraumforschungsorganisation ESA-ESTEC sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR und das Bundesforschungsministerium BMBF gefördert.

Die Ergebnisse werden in den Produkten von mit Azur Space erfolgreich und zeitnah umgesetzt. »Der von uns entwickelte Herstellungsprozess für Mehrfachsolarzellen war die Basis für die heutige industrielle Produktion bei mit Azur Space Solar Power«, freut sich Dr. Andreas Bett, stellvertretender Institutsleiter und Bereichsleiter Materialien – Solarzellen und Technologie am Fraunhofer ISE. »Nicht zuletzt die langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISE hat mit Azur Space zu einem weltweit führenden Hersteller für III-V Solarzellen gemacht«, so Dr. Klaus-Dieter Rasch, Geschäftsführer der mit Azur Space Solar Power in Heilbronn.

Text und Bild: Fraunhofer ISE