Ausgestattet mit 34,2 Prozent Wirkungsgrad, Solarzellen der Firma Azur Space sowie Antireflexstrukturen der Firma Temicon etablierte sich ein Germanium-PV-Modul als neuer „Weltmeister“. Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE, sagt dazu: „Beide Tandem-PV-Technologien haben das Potenzial, Anwendungslücken zwischen den klassischen, kostengünstigen Freiflächen- und Aufdachanlagen einerseits und den hoch performanten, dafür aber teureren Weltraumsolarzellen anderseits zu schließen III-V im Tandem mit Silizium als günstigere, III-V auf Germanium als etwas effizientere Variante, sind beides interessante Technologierouten für integrierte PV-Anwendungen überall dort, wo Fläche begrenzt ist.“
Selbe Wafer-Formate wie Weltraumsolarzellen
Ein 833 cm2 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 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. Das 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 cm2 großes Modul erzielte nun einen Rekord-Wirkungsgrad von 31,3 Prozent.
Klassische Silizium-Solarzellen können ein physikalisches Effizienzlimit von 29,4 Prozent nicht überschreiten, aktuell kommerziell erhältliche PV-Module haben bereits Wirkungsgrade um 24 Prozent. „Wir forschen deshalb intensiv daran Einfachsolarzellen durch Mehrfachsolarzellen in Modulen zu ersetzen“, sagt Dr. Laura Stevens, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ISE und Projektleiterin „Vorfahrt“. „Dass uns mit dem III-V-Germanium-Modul ein Weltrekord gelungen ist, zeigt das große Potenzial, das in der Kombination mehrerer Halbleiter steckt.“
„Die Tandem-Photovoltaik zählt zu den sich heute am schnellsten entwickelnden Forschungsfeldern in der Solarforschung“, ergänzt Dr. Jonas De Rose, Projektleiter „Mod30plus“.
Partner bei der Entwicklung
An der Weiterentwicklung der III-V-Silizium-Solarzelle zum Modul waren zahlreiche Kooperationspartner beteiligt: III/V-Reclaim, Azur Space Solar Power, ICB Karlsruher Institut für Technologie (KIT), LPKF Laser & Electronics, Protavic International sowie die Sunset Energietechnik. Am III-V-auf-Germanium-Weltrekordmodul arbeiteten neben Azur Space Solar Power und Temicon, auch Gochermann Solar Technology, Audi und Elektra Solar. Beide Forschungsprojekte wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziert.
