© Fraunhofer ISE / Foto: Jacob Forster
Photovoltaik
Rekordwirkungsgrade: Effiziente Tandem-Photovoltaikmodule für begrenzte Flächen
In den Verbundprojekten Vorfahrt und Mod30plus sind bedeutende Fortschritte bei hocheffizienten Photovoltaikmodulen gelungen. Die Forschenden entwickelten zwei verschiedene Tandem-Photovoltaikmodul-Typen weiter – jeweils mit Rekordwirkungsgraden. Beide Module wurden am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gebaut. Sie ermöglichen den effizienten Einsatz von Photovoltaik insbesondere dort, wo Fläche knapp ist.
Das effizienteste der beiden Module entstand im Projekt Vorfahrt. Das 833 Quadratzentimeter große Tandemmodul erreicht einen Wirkungsgrad von 34,2 Prozent. Damit gilt das III-V-Germanium-PV-Modul laut Fraunhofer ISE derzeit als weltweit effizientestes Solarmodul.
© Fraunhofer ISE / Foto: Jacob Forster
Die Solarzellen des Moduls hat der Projektkoordinator Azur Space, der auf Erfahrungen in der Entwicklung und Produktion von Solarzellen für die Raumfahrt zurückgreift, für terrestrische Anwendungen angepasst und auf größere Wafer übertragen. Zusätzlich realisierte der Projektpartner temicon eine spezielle Antireflexstruktur auf dem Modulglas, um Reflexionsverluste zu minimieren und so den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen.
Den zweiten Wirkungsgradrekord haben Forschende im Projekt Mod30plus erzielt. Hier entwickelte das Wissenschaftsteam ein Modul, das die etablierte Silizium-Technologie als Bottom-Zelle nutzt anstelle von Germanium. Das 218 Quadratzentimeter große III-V-Silizium-PV-Modul hat mit einem Wirkungsgrad von 31,3 Prozent ebenfalls den Rekord in seiner Klasse erreicht. Die dem Modul zugrundeliegenden Solarzellen wurden erstmalig in einer Kleinserie hergestellt und sind auf eine Verschaltung mit Schindeltechnologien angepasst.
Neue Anwendungsmöglichkeiten für integrierte Photovoltaik
Die Fortschritte in der Modulentwicklung in beiden Projekten adressieren eine wichtige Lücke im Solarmarkt: Während Siliziumsolarzellen physikalisch auf eine Effizienz von 29,4 Prozent begrenzt sind und konventionelle Siliziummodule heute Wirkungsgrade über 24 Prozent erreichen können, ermöglichen Tandemstrukturen deutlich höhere Effizienzen. Damit eröffnen sie insbesondere Anwendungsoptionen in Bereichen mit begrenzter Fläche, wie etwa bauwerkintegrierte Photovoltaik (BIPV) auf Fassaden und Dächern oder Photovoltaik auf Fahrzeugen und weitere Spezialanwendungen.
„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“, sagt Prof. Dr. Andreas Bett, Institutsleiter am Fraunhofer ISE. Insbesondere für integrierte Photovoltaiksysteme, bei denen nur begrenzte Modulflächen verfügbar sind, bieten die neuen Technologien Vorteile.
Potenzial der Tandem-Photovoltaik
Die Forschungsergebnisse aus den Projekten Vorfahrt und Mod30plus zeigen, dass sich hochentwickelte III-V-Tandemtechnologien zunehmend auch für terrestrische Photovoltaikanwendungen erschließen lassen. Die Kombination mehrerer Solarzellen mit unterschiedlichen Bandlücken ermöglicht, einen größeren Anteil des Sonnenlichtspektrums zu nutzen und so deutlich höhere Wirkungsgrade zu erreichen als mit klassischen Einzelzellen. Perspektivisch können solche Hochleistungsmodule dazu beitragen, Photovoltaik noch stärker in urbane Infrastrukturen zu integrieren, um auch auf kleineren Flächen größere Mengen Solarstrom zu erzeugen. (av)
