Rekordwirkungsgrade für Tandem-PV-Module

Einem Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE gelang der Bau von zwei Tandem-PV-Modulen mit Rekordwirkungsgraden. Ein III-V-Germanium-PV-Modul mit 34,2% Wirkungsgrad und Solarzellen der Firma Azur Space sowie Antireflexstrukturen der Firma Temicon wird damit zum effizientesten Solarmodul der Welt. Ein III-V-Silizium-PV-Modul punktet mit 31,3% Effizienz als Rekordhalter seiner Klasse und nutzt als Basis die etablierte, kostengünstige Silizium-Technologie.

«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. «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.»

Ein 833 cm² grosses Tandem-Modul mit 34,2% Wirkungsgrad wurde im Projekt «Vorfahrt» gebaut. 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 Waferformaten wie Weltraumsolarzellen produziert werden können. Das Unternehmen Temicon GmbH verbesserte den Wirkungsgrad des Moduls zusätzlich durch eine mittels Nanoimprint übertragene stochastische Oberflächenstruktur auf der Glasoberfläche, die Reflexionsverluste minimiert.

Vor wenigen Jahren erreichten Forschende des Fraunhofer ISE durch eine III-V-Silizium-Solarzelle mit 36,1% 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%.

Klassische Silizium-Solarzellen können ein physikalisches Effizienzlimit von 29,4% nicht überschreiten, aktuell kommerziell erhältliche PV-Module haben bereits Wirkungsgrade um 24%. «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.»