Zu den Anwendungen bei Solarmodulen gehören Laserleistungszellen, welche zur kabellosen Leistungsübertragung eingesetzt werden. Forschern des Fraunhofer ISE gelang es nun galvanische verstärkte Leiterbahnen auf solchen Laserleistungszellen abzuscheiden. Dies erfolgte direkt aus einer chemischen Lösung in eine Lackmaske. So wurden Kontaktfinger mit einer Höhe von 15 Mikrometern hergestellt, was in etwa dem Fünffachen der Höhe eines herkömmlichen Fingers entspricht. Dadurch können höhere Ströme nahezu verlustfrei abgeleitet werden.
Verlustfreie Ableitung des Lichts wichtig
Solarzellen erzeugen typischerweise einen hohen Strom bei vergleichsweise geringer Spannung. Daher ist die verlustfreie Ableitung des durch das einfallende Licht erzeugten Stroms besonders wichtig für einen hohen Wirkungsgrad. Das gilt verstärkt für Solarzellen, die sehr stark beleuchtet werden, weil der Strom proportional mit der Einstrahlungsintensität zunimmt, die Widerstandsverluste aber quadratisch mit dem Strom zunehmen.
Dies betrifft zum einen sogenannte III-V-Solarzellen unter konzentriertem Lichteinfall. Zum anderen sogenannte Laserleistungszellen, die zur kabellosen Energieübertragung eingesetzt werden. In solchen neudeutsch Power-by-Light Anwendungen wird Laserlicht hoher Intensität genutzt, um Energie zu übertragen und am Empfänger mit einer Photovoltaikzellen zurück in elektrische Energie gewandelt. „Für unsere Laserleistungszellen ist die galvanische Metallisierung eine sehr spannende technologische Option“, sagt Henning Helmers. Er ist stellvertretender Abteilungsleiter III-V Photovoltaik und Konzentratortechnologie am Fraunhofer ISE.
35 Watt aus nur einem Quadratzentimeter
Die Zellen weisen selbst bei Bestrahlung mit einer Laserleistung von 62,6 Watt nur moderate Widerstandsverluste durch den Stromtransport in der Metallisierung auf. Bei einer Zelleffizienz unter Laserlicht von 57 bis 61 Prozent je nach Bestrahlung konnte das Forschungsteam elektrische Leistungen von über 35 Watt aus einer Fläche von nur einem Quadratzentimeter herausholen. „Perspektivisch sind mit dieser Technologie auch noch deutlich höhere Leistungen vorstellbar“, weiß Helmers. Mit einem angepassten Design mit gestapelter Zellstruktur können demnach auch Leistungsübertragungen von Hunderten Watt erreicht werden.
So könnten zukünftig weitere Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf für die optische Leistungsübertragung erschlossen werden. Das Galvanisieren der Laserleistungszellen funktioniert demnach ohne Schwierigkeiten und sehr schnell, sobald ein passendes Design entwickelt worden ist. Das Verfahren ermöglicht kompakte Schichten leitfähiger Metalle, wie zum Beispiel Kupfer oder Silber, mit sehr hohen Wachstumsraten im Bereich mehrerer Mikrometer pro Minute. Es können ohne weiteres auch Schichtdicken von 50 Mikrometern und mehr erzeugt werden. (nhp)
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