Fraunhofer-Allianz Energie
Fraunhofer-Allianz Energie

Energie Erneuerbar

PHOTOVOLTAIK

© iStock.com l Adam Smigielski l Solares Kraftwerk auf freier Fläche

Photovoltaik

Die Fraunhofer-Allianz Energie verfügt über umfassende Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Silizium-Photovoltaik – von der Kristallisation über Wafering und Zellproduktion bis hin zur Verschaltung zu Modulen. Fraunhofer-Experten erarbeiten optimierte Gesamtanlagen­konzepte und sind führend in der Wechselrichtertechnologie. Für konzentrierende PV-Systeme werden hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen und optische Systeme zur Bündelung des Sonnenlichts entwickelt. Auch Silizium-Dünnschichtzellen sowie der Einsatz alter­nativer Materialsysteme zählen zum Portfolio. Im zukunfts­orientierten Bereich organischer Solarzellen und Farbstoffzellen wird an der Verbesserung von Effizienz und Langzeitstabilität geforscht.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Photovoltaik

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PV-Produktionstechnologie

Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung arbeiten an innovativen Produktionstechnologien für Solarzellen mit dem Ziel, Sonnenenergie effektiver zu nutzen. Dabei werden zum einen Standardprozesse zur Herstellung von Solarzellen weiterentwickelt, zum anderen werden neue technologische Konzepte systematisch von der Laborforschung in die industrielle Anwendung überführt. Dazu evaluieren und entwickeln wir Herstellungsprozesse und Prozesstechnologiekomponenten, fertigen fortgeschrittene industrielle Solarzellenstrukturen und charakterisieren und optimieren Materialien und Solarzellen. Aspekte wie Digitalisierung, Recycling und nachhaltige Fertigung sind wichtige Bestandteile unserer Konzepte.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE, ContiTech Elastomerbeschichtungen GmbH

Rock-Star

ASYS Solar und das Fraunhofer ISE evaluieren dem Projekt mit »Rock-Star« Hochdurchsatz-Rotationsdruckverfahren für die kosteneffiziente Metallisierung von Si-Solarzellen.

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© Fraunhofer ISE

CUT-A PLUS

Das Projekt »CUT-A PLUS«  ist das Folgeprojekt des Projekts »CUT-A«. Im Sinne des Vorgängerprojekts liegt der Schwerpunkt auf der Weiterentwicklung von doppelseitig passivierten PERC-Solarzellen aus mono- und multikristallinem p‑dotiertem Silicium. 

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CUT-B

»CUT-B« untersucht die material- und prozessbedingten Ursachen für die Schwankung der Wirkungsgrade von multikristallinen Siliciumsolarzellen mit passiviertem Emitter und passivierter Rückseite.

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Silizium-Photovoltaik

Silizium ist aktuell das verbreitetste Halbleitermaterial zur Herstellung von Solarzellen. Schlüssel für diese dominierende Marktstellung sind zum einen ein robuster und kostengünstiger Herstellungsprozess, zum anderen der hohe Wirkungsgrad und die große Zuverlässigkeit von siliziumbasierten PV-Modulen. Gerade der Wirkungsgrad spielt für die weitere Senkung der Stromentstehungskosten eine entscheidende Rolle und steht deshalb im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten. Die Experten der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützen Unternehmen bei der Forschung und Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Siliziummaterial über die Solarzelle und das Modul bis hin zum System. Der Technologiereifegrad unserer Projekte umfasst die gesamte Bandbreite von der Laborforschung bis zur industrienahen Entwicklung. Mit neuen Technologien und Weltrekordwirkungsgraden aus unseren Forschungslaboren setzen wir wissenschaftliche Trends in der Photovoltaik und geben so wichtige Impulse für Neuentwicklungen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE

EoL

Im Fraunhofer Center für Siliziumphotovoltaik werden Trennprozesse, Reinigungsverfahren und Schmelz-, Kristallisationstechnologien eingesetzt und weiterentwickelt, um skalierbare, kostengünstige Recyclingverfahren anzubieten.

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© Fraunhofer ISE

KosmoS

Das Fraunhofer CSP entwickelt einen Herstellungsprozess für Float-Zone-taugliche Vorratsstäbe (»pre-pulling Verfahren«) und eröffnet damit die Möglichkeit, kostengünstiges Solar-Silicium für die Herstellung von Float-Zone-Kristallen zu verwenden.

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© Fraunhofer ISE

SiTaSol

Die Umwandlungswirkungsgrade einer Silicium-Einfachsolarzelle sind begrenzt. III-V Mehrfachsolarzellen können dagegen die Stromerzeugung auf der gleichen Fläche beinahe verdoppeln.

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Perowskite und Tandemsolarzellen

Organische und Perowskit-Solarzellen bieten vielversprechende Möglichkeiten in Bezug auf Vielseitigkeit und Kostensenkungspotenzial. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft arbeiten daran, durch Entwicklung neuartiger Materialien den Wirkungsgrad dieser Solarzellen zu steigern, die Langzeitstabilität zu erhöhen und die Produktionskosten zu senken. Neben herkömmlichen Einfachsolarzellen entwickeln wir Silizium-basierte Mehrfach- oder Tandemsolarzellen. Diese nutzen zwei oder mehr photovoltaische Absorber wie Perowskite oder III-V Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken in einem vertikalen Tandemstapel. Auf diese Weise kann das Sonnenspektrum wesentlich effizienter genutzt werden, so dass Wirkungsgrade über dem begrenzenden Limit von 29,4 % für Einfachsolarzellen aus Silizium realisiert werden können. Unsere Expertinnen und Experten arbeiten an der Optimierung dieser Tandemsolarzellen und dem Transfer in die industrielle Produktion. Zukünftig bedeutet dies: eine höhere Energieausbeute pro Fläche, Einsparpotentiale bei Materialien und eine höhere Nachhaltigkeit.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Grigor Ivanov / Andre Nery / shutterstock

MaNiTu

The efficiency of silicon solar cells cannot be increased at will. These physical limits can be overcome with tandem solar cells. With them, efficiencies of over 35% are possible.

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PersiST

Tandemsolarzellen erzielen deutlich höhere Wirkungsgrade: Eine obere Solarzelle mit einer höheren Bandlücke Photonen nutzt hohe Energie effizient, während eine untere Solarzelle mit einer niedrigeren Bandlücke niederenergetische Photonen nutzt.

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© Fraunhofer ISE

PeroTec

Im Fraunhofer-Projekt »PeroTec« sollen für den industriellen Einsatz von neuartigen Perowskit-Materialien die technologischen Voraussetzungen für Anwendungen im Quadratmeter-Maßstab geschaffen und patentrechtlich geschützt werden.

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© Fraunhofer ISE

47,6 Prozent Wirkungsgrad

Im Projekt »50Prozent« wird an einer Solarzelle mit 50% Wirkungsgrad geforscht. Dabei wurde ein neuer Weltrekord mit einem Wirkungsgrad von 47,6% aufgestellt.

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© Heliatek GmbH

TOP

In Europa werden pro Jahr ca. 20 Mio. m² Glasflächen für Gebäudefassaden verbaut und stehen damit für die alternative Energiegewinnung zur Verfügung. Das Fraunhofer ISE will diese Flächen mit dimensionierbaren Solarfolien effizienter nutzen.  

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Dünnschicht-Photovoltaik

Im Vergleich zu Solarzellen aus kristallinem Silizium werden Dünnschichtsolarmodule nicht aus einzelnen Wafern produziert, sondern als großflächige Schichten aufgebracht. Hierdurch könnten sich bei Produktion in hohen Stückzahlen Kostenvorteile ergeben und es sind flexible Geometrien realisierbar. Dünnschicht-Photovoltaik hat einen deutlich geringeren Marktanteil, weist jedoch in bestimmten Anwendungen Vorteile auf. Die Module kommen beispielsweise besser mit Verschattungen zurecht und liefern bei schwachen Lichtbedingungen höhere Erträge. Forscherinnen und Forscher bei Fraunhofer arbeiten daran, das Potenzial von Dünnschichtmodulen durch Nutzung verbesserter Materialien auszuschöpfen und die Fertigung im Industriemaßstab zu optimieren.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

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ALFAMA

»ALFAMA« ist eine Europäische Antwort auf aktuelle „Rufe“ des Satellitenmarktes nach immer mehr Energiebereitstellung aus den Sonnensegeln für Satelliten bei gleichzeitig verringertem Gewicht und Stauvolumen.

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© Fraunhofer IKTS

PHOTOTEX - Solarzelle auf Textil

Das futureTEX-Vorhaben PhotoTex beschäftigt sich mit der prototypischen Entwicklung von Photovoltaik auf textilen Trägern und der Untersuchung der applikativen Eigenschaften.

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SuPerTandem

Das SuPerTandem-Projekt zielt darauf ab, Fertigungstechnologien für 2-Terminal-Tandemzellen und monolithisch verbundene Module auf flexiblen Folien unter Verwendung kostengünstiger Perowskit-Absorberschichten zu entwickeln.

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Konzentrator-Photovoltaik

In Gebieten mit viel direkter Sonneneinstrahlung bietet sich der Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik (CPV) als kostengünstige Technologie an. Durch Bündelung des Sonnenlichts mittels Linsen auf hocheffiziente Mehrfachsolarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern werden sehr hohe Wirkungsgrade erreicht. Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung decken dabei alle Aspekte von der Solarzelle über das Modul bis hin zur Optimierung des Gesamtsystems ab. Hierfür setzen wir unsere Expertise in den Bereichen Optik, Aufbau und Verbindungstechnik sowie in der theoretischen Modellierung und im Moduldesign ein. Unser Portfolio richtet sich so an ein großes Spektrum an Unternehmen, die PV-Systeme mit geringer bis sehr hoher optischer Konzentration entwickeln. Zudem gehört die Evaluation der spezifischen Anforderungen an den Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik vor Ort innerhalb und außerhalb Europas zu unseren Kompetenzen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

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ALCHEMI

Im Projekt ALCHEMI soll in einem europäischen Konsortium ein hochkonzentrierendes HCPV Modul prototypisch entwickelt werden, wobei zentrale Komponenten (Primäroptik, Zelle) potenziell von deutschen Lieferanten beigesteuert werden.

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© Fraunhofer ISE

CPVMod

Der Fokus im CPVMod Projekt liegt auf der Entwicklung von innovativen, hochleistungsfähigen Konzentratorphotovolatik (CPV) Modulen, deren Vorteil in der Bündelung des Sonnenlichts auf Millimeter kleine und hocheffiziente Solarzellen liegt.

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CPVIndien

Das Projekt installiert und evaluiert ein 53 kW CPV System zur Stromerzeugung in Indien. Neben dem CPV System wurde auch ein Außenmessstand zur elektrischen Charakterisierung von (C)PV Modulen installiert.

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Modultechnologien

Modultechnologie verwandelt Solarzellen in ein beständiges Produkt für den sicheren Betrieb in PV-Kraftwerken. Die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft verfügen über eine umfassende Laborinfrastruktur. Kunden steht eine große Bandbreite an modernen Prozess- und Analyseplattformen für die Verschaltung und Lamination von Solarzellen zur Verfügung, insbesondere zur Materialerprobung sowie zur Produkt- und Prozessentwicklung. Darüber hinaus unterstützen wir bei der Qualifikation von Materialien und bieten umfassende Analysen von Degradations- und Schadensfällen an. Höchste Präzision bietet auch unser akkreditiertes Kalibrierlabor. Im Sinne des One-Stop-Shops bieten wir Dienstleistungen und Produktentwicklungen entlang der gesamten PV-Wertschöpfungskette aus einer Hand.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

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CTS1000+ – Mehr Energie pro Zellleistung

Stand der Technik sind Verfahren, um aus einer gegebenen Zellleistung eine maximale Modulleistung unter Laborbedingungen zu erzielen. 

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© Fraunhofer CSP

E2 – E-Quadrat

Das Projekt »E2 – E-Quadrat« entwickelte und testete zusammen mit der NOVO-TECH GmbH Materialien für Solarmodule, die eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gegenüber sämtlichen Witterungseinflüssen besitzen und vollständig recyclebar sind. 

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PV-Systeme und Kraftwerke 

Beim Einsatz der Module in Photovoltaik-Kraftwerken analysieren und beraten Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Gesellschaft in jeder Phase eines Projekts: von der Entwicklung über die Umsetzung und Beschaffung bis hin zur Inbetriebnahme und dem laufenden Betrieb. Auf diese Weise gewährleisten wir eine umfassende Qualitätssicherung für PV-Kraftwerksprojekte. Neben der klassischen Nutzung in Kraftwerken bietet die integrierte Photovoltaik neue Einsatzfelder für Photovoltaik. Neben der immer stärker gefragten bauwerkintegrierten Photovoltaik entwickeln sich durch innovative Technologien, wie sie bei der Integration in Fahrzeugen und Verkehrswegen eingesetzt werden, zukunftsträchtige Märkte. Konzepte wie die Agri-Photovoltaik und schwimmende Photovoltaik bieten mit innovativen Flächennutzungskonzepten neue Perspektiven hinsichtlich der regenerativen Energieversorgung in Deutschland und der ganzen Welt.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Pohlen Solar GmbH

OptOM

Im Projekt »OptOM« entwickeln die Pohlen Solar GmbH, Centroplan GmbH, Mondas GmbH und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE neue Methoden zur intelligenten Überwachung von PV-Kraftwerken.

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