Neue Technologie für Solarzellen: Über 40% Effizienz bei Indoor-Photovoltaik erreicht

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben einen bedeutenden Durchbruch in der Solartechnologie erzielt. Sie entwickelten Solarzellen, die in der Lage sind, auch unter schwachem Innenlicht einen Wirkungsgrad von über 40% zu erreichen.

Wie funktioniert Indoor-Photovoltaik?

Indoor-Photovoltaik nutzt das vorhandene Licht in Innenräumen – etwa von Lampen – um daraus Strom zu gewinnen. Das Verfahren eignet sich besonders gut, um kleine Geräte mit Energie zu versorgen, zum Beispiel Sensoren oder andere Komponenten im sogenannten „Internet der Dinge“ (IoT). Diese Geräte befinden sich häufig an Orten ohne ständige Stromversorgung und können durch herkömmliche Batterien nur begrenzt betrieben werden.

Was ist das Besondere an der neuen Entwicklung?

Die Forscherinnen und Forscher setzten auf spezielle Solarzellen aus sogenannten III-V-Halbleitern, insbesondere auf das Material Galliumindiumphosphid (GaInP). Dieses Material hat Eigenschaften, die es ideal für die Umwandlung von sichtbarem Licht in elektrischen Strom machen – auch bei künstlicher Beleuchtung und schwachen Lichtverhältnissen von nur 100 Lux, wie sie in vielen Innenräumen herrschen.

Durch die Optimierung sowohl des Designs als auch der Materialqualität gelang es dem Forscherteam erstmals, einen Wirkungsgrad über 40% unter solchen Bedingungen zu erreichen. Besonders erfolgreich war dabei eine bestimmte Zellvariante: Die sogenannte n-dotierte GaInP-Zelle konnte Ladungsträger länger speichern und so selbst bei geringer Lichtstärke mehr Strom erzeugen als andere Varianten.

Bedeutung für den Alltag

Mit der verbesserten Effizienz dieser Technologie könnten künftig noch mehr Geräte im Alltag drahtlos und unabhängig betrieben werden. Vor allem für Anwendungen im IoT ergeben sich so neue Möglichkeiten: Viele Sensoren oder kleine Elektronikbauteile könnten Solarstrom aus dem Umgebungslicht nutzen und wären dadurch wartungsärmer und nachhaltiger. Bis zur Marktreife und Einsatz im Massenmarkt kann es jedoch noch einige Jahre dauern, da die Herstellung bislang noch kostenintensiv ist.

Forschung und Förderung

Die Ergebnisse des Fraunhofer ISE entstanden im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte, die unter anderem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert wurden. Eine Zusammenfassung der wissenschaftlichen Arbeit wurde im Fachjournal „Applied Physics Letters“ veröffentlicht.