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Die Forscher:innen des Fraunhofer ISE kratzen zusammen mit Industriepartnern mit ihrem jüngsten Solarmodul am Wirkungsgrad für Paneele, wie sie im Weltraum verwendet werden. Denn sie haben ein Modul hergestellt, das es auf einen Wirkungsgrad von 34,4 Prozent bringt. Das neue Paneel besteht aus einer Solarzelle mit einer Halbleiterbasis aus Germanium, kombiniert mit weiteren Halbleitern der dritten und fünften Hauptgruppe des Periodensystems. Solche sogenannten III‑V‑Germanium-Tandemzellen werden bisher hauptsächlich im Weltall genutzt.
An das Sonnenspektrum auf der Erde angepasst
Die Zelle wurde von Azur Space entwickelt. Die Forscher:innen nutzen für mehr Effizienz eine Antireflexschicht des Dortmunder Herstellers von Nano- und Mikrostrukturen Temicon. Sie haben zudem die ursprünglich für den Weltraumeinsatz entwickelte Zelle auf das Sonnenspektrum auf der Erde angepasst. Mit diesen Zellen haben die Wissenschaftler:innen des Fraunhofer ISE schon zu Beginn dieses Jahres ein Modul mit einer Größe von 833 Quadratzentimetern gebaut. Mit einer Kantenlänge von fast 29 Zentimetern ist es größer als die üblichen Labormodule. Dieses Modul der Freiburger Forscher:innen erreichte immerhin schon eine Effizienz von 34,2 Prozent.
Zellen neu angeordnet
Durch die Verschaltung der Zellen mittels Schindel-Matrix-Technologie konnten sie den Wirkungsgrad des Moduls auf den neuen Rekordwert steigern. Die Art der Verschaltung entwickelt das Fraunhofer ISE schon seit einigen Jahren mit einem deutschen Maschinenbaupartner. Diese soll auch bei kommerziellen, in Deutschland gefertigten Modulen, zum Einsatz kommen. Der Schindel-Matrix-Ansatz ist eine grundlegende Abkehr vom traditionellen Aufbau von Photovoltaikmodulen. Denn hier werden die Solarzellen in schmale Streifen geschnitten. Danach werden sie schindelartig überlappend und zueinander versetzt angeordnet. Sie werden auch nicht verlötet, sondern mithilfe elektrisch leitfähiger Klebstoffe miteinander verbunden.
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Die gesamte Fläche nutzen
Diese Architektur ermögliche einen direkten Zell-zu-Zell-Kontakt und mache dadurch traditionelle lötbeschichtete Kupferbänder überflüssig, erklären die Freiburger Forscher. Der entscheidende Vorteil: Durch den Wegfall der Zellverbinder wird keine aktive Zellfläche abgeschattet. Der daraus resultierende, besonders hohe Flächenausnutzungsgrad sei ein wesentlicher Erfolgsfaktor für den erreichten Rekordwirkungsgrad gewesen.
