Fraunhofer ISE : Rekordwirkungsgrade für Tandem-Photovoltaikmodule
Projektleiterin Laura Stevens zeigt eines der III-V-Germanium-PV-Module mit einer Rekordeffizienz von 34,2 Prozent. Leonhard Böck ist Projektmitarbeiter und hat maßgeblich am – vor ihm liegenden – III-V-Silizium-PV-Modul mit 31,3 Prozent Effizienz mitgearbeitet.
- © Fraunhofer ISE / Foto: Jacob ForsterWissenschaftler*innen und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) gelang der Bau von gleich zwei Tandem-Photovoltaik-Modulen mit Rekordwirkungsgraden. Klassische Silizium-Solarzellen können ein physikalisches Effizienzlimit von 29,4 Prozent nicht überschreiten, aktuell kommerziell erhältliche PV-Module haben bereits Wirkungsgrade um 24 Prozent.
Ein III-V-Germanium-PV-Modul mit 34,2 Prozent Wirkungsgrad und Solarzellen der Firma Azur Space sowie Antireflexstrukturen der Firma Temicon wurden damit laut dem Forschungsinstitut zum effizientesten Solarmodul der Welt. Ein III-V-Silizium-PV-Modul punktet mit 31,3 Prozent Effizienz als Rekordhalter seiner Klasse und nutzt als Basis die etablierte, kostengünstige Silizium-Technologie. „Wir forschen deshalb intensiv daran, Einfachsolarzellen durch Mehrfachsolarzellen in Modulen zu ersetzen", erklärt Laura Stevens, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ISE und Projektleiterin "Vorfahrt". Dass dem Forschungsteam auch ein Weltrekord gelungen sei, zeige das große Potenzial, das in der Kombination mehrerer Halbleiter stecke.
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Deutsches Know-how im Tandem für PV
„Beide Tandem-PV-Technologien haben das Potenzial, Anwendungslücken zwischen den klassischen, kostengünstigen Freiflächen- und Aufdachanlagen einerseits und den hochperformanten, dafür aber teureren Weltraumsolarzellen anderseits zu schließen", erklärt Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. III-V im Tandem mit Silizium als günstigere und III-V auf Germanium als etwas effizientere Variante, seien interessante Technologierouten für integrierte PV-Anwendungen, wo Fläche begrenzt ist.
Ein 833 Quadratzentimeter großes Tandem-Modul mit 34,2 Prozent Wirkungsgrad baute ein Forschungsteam des Fraunhofer ISE im Projekt "Vorfahrt". Es besteht aus dreifach-III-V-Germanium-Zellen, die der Projektkoordinator Azur Space Solar Power für die neue Modultechnologie weiterentwickelt hat. Dafür passte der deutsche Solarzellenhersteller seine Dreifach-Solarzellentechnologie auf das terrestrische Sonnenspektrum an, sodass sie nun in vergleichbaren Stückzahlen und auf denselben Wafer Formaten wie Weltraumsolarzellen produziert werden können.
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Das Dortumender Unternehmen Temicon verbesserte den Wirkungsgrad des Moduls zusätzlich durch eine mittels Nanoimprint übertragene stochastische Oberflächenstruktur auf der Glasoberfläche, die Reflexionsverluste an dieser Grenzfläche des Rekordmoduls minimiert.
Vor wenigen Jahren erreichten Forschende des Fraunhofer ISE durch eine III-V-Silizium-Solarzelle mit 36,1 Prozent einen neuen Wirkungsgradrekord für Silizium-basierte Solarzellen. Im Rahmen des Forschungsprojekts "Mod30plus" realisierten sie nun erstmals eine Kleinserienproduktion dieser Solarzellen am Institut, angepasst auf eine Verschaltung mit Schindeltechnologien. Ein vom Forschungsteam so hergestelltes, 218 Quadratzentimeter großes Modul erzielte nun den Rekord-Wirkungsgrad von 31,3 Prozent.
