Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) haben zwei Tandem-Photovoltaik-Module mit Rekordwirkungsgraden realisiert. Ein III-V-Germanium-Modul erreicht 34,2 Prozent Wirkungsgrad und ist damit laut ISE das effizienteste Solarmodul der Welt. Ein III-V-Silizium-Modul erzielt 31,3 Prozent und hält den Rekord in seiner Klasse. Beide Technologien sollen die Lücke zwischen kostengünstigen Standard-Solaranlagen und teuren Weltraumsolarzellen schließen.
Modul mit Weltraumzellen-Technologie
Das 833 Quadratzentimeter große Rekordmodul entstand im Forschungsprojekt „Vorfahrt". Es besteht aus Dreifach-III-V-Germanium-Zellen, die der Projektkoordinator Azur Space für terrestrische Anwendungen weiterentwickelt hat. Dafür passte der Solarzellenhersteller seine Dreifach-Solarzellentechnologie auf das terrestrische Sonnenspektrum an. Die Zellen lassen sich in vergleichbaren Stückzahlen und auf denselben Wafer-Formaten wie Weltraumsolarzellen produzieren.
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Das Unternehmen Temicon verbesserte den Wirkungsgrad zusätzlich durch eine mittels Nanoimprint übertragene stochastische Oberflächenstruktur auf der Glasoberfläche, die Reflexionsverluste minimiert. „Dass uns mit dem III-V-Germanium-Modul ein Weltrekord gelungen ist, zeigt das große Potenzial, das in der Kombination mehrerer Halbleiter steckt“, sagt Laura Stevens, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ISE und Projektleiterin von „Vorfahrt".
Kostengünstige Basistechnologie
Das zweite Rekordmodul basiert auf der III-V-Silizium-Tandemtechnologie. Bereits vor wenigen Jahren hatten Forscher des Fraunhofer ISE mit einer III-V-Silizium-Solarzelle einen Wirkungsgrad von 36,1 Prozent auf Zellebene erreicht. Im Projekt „Mod30plus" realisierten sie nun erstmals eine Kleinserienproduktion dieser Zellen, angepasst auf eine Verschaltung mit Schindeltechnologien.
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Das 218 Quadratzentimeter große Modul erzielte dabei den Rekordwirkungsgrad von 31,3 Prozent. Klassische Silizium-Solarzellen können ein physikalisches Effizienzlimit von 29,4 Prozent nicht überschreiten. Kommerziell erhältliche Solarmodule erreichen derzeit Wirkungsgrade um 24 Prozent.
Module für wenig Platz auf dem Dach
An beiden Projekten waren zahlreiche Industriepartner beteiligt, darunter Azur Space, Temicon, Audi und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanzierte beide Forschungsprojekte.
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Und das nicht ohne Grund: „Beide Tandem-Photovoltaik-Technologien haben das Potenzial, Anwendungslücken zwischen den klassischen, kostengünstigen Freiflächen- und Aufdachanlagen einerseits und den hoch performanten, dafür aber teureren Weltraumsolarzellen anderseits zu schließen“, weiß auch Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. III-V im Tandem mit Silizium als günstigere, III-V auf Germanium als etwas effizientere Variante, seien beides interessante Technologierouten für integrierte PV-Anwendungen überall dort, wo Fläche begrenzt ist. (nhp)
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