Forschungsprojekte

Im Projekt »50Prozent« soll erstmals eine Mehrfachsolarzelle mit 50 % und ein Konzentratormodul mit 40 % Wirkungsgrad realisiert werden. Zudem wird die Messtechnik weiterentwickelt, um die Zellen nach international anerkannten Kalibrierstandards vermessen zu können. Das Projekt soll die Exzellenz deutscher PV-Forschung eindrucksvoll demonstrieren. | Laufzeit: 03/2020 - 05/2024

Photonik und Optoelektronik sind Schlüsseltechnologien für die Digitalisierung. Das Design entsprechender Halbleiterbauelemente sowie die Modellierung von Epitaxieprozessen können im Rahmen von Industrie 4.0­ noch wesentlich von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) profitieren. Die allgegenwärtige Digitalisierung und Automatisierung sowie das Internet der Dinge erfordern konstante Energie- und Datenströme. Die aufkommende Technologie der photonischen Leistungsübertragung, auch bekannt als Power-by-Light ermöglicht es Energie- und Datentransfer in einer einzigen optischen Verbindung zu kombinieren . Durch die Verwendung von optischen Telekommunikationswellenlängen um 1.5 µm können die Anwendungsmöglichkeiten solcher Power-by-Light Systeme auf entfernte Standorte erweitert und eine unbegrenzte Energieversorgung aus der Ferne ermöglicht werden. KI-gestützte Ansätze für Design und Fertigung von photonischen Leistungswandlern (engl. photonic power converter, PPC) sind entscheidend für die weitere branchenübergreifende Anwendung von photonischer Energie- und Datenübertragung. | Laufzeit: 04/2021 - 03/2024

In der (hoch) konzentrierenden Photovoltaik ((H)CPV) wird Licht auf kleine aber hoch effiziente Solarzellen fokussiert, wodurch höchste Wirkungsgrade erzielt werden. Die Erhöhung der Wirkungsgrade und kostengünstige Fertigungstechnologien tragen zur weiteren Kostensenkung bei. 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. Die Sekundäroptik wird durch in der Optoelektronik etablierte Verfahren gefertigt. Das Fraunhofer ISE optimiert das Design der hier zweistufigen Konzentratoroptik und charakterisiert Prototypen. Auch das thermische Design wird vom Fraunhofer ISE bearbeitet. | Laufzeit: November 2016 - Januar 2020

»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. Das Ziel ist die Entwicklung eines „low cost“ und „low weight“ sowie flexiblen Satelliten Sonnensegels. Das Fraunhofer ISE entwickelt hier invertiert gewachsene metamorphe Dreifachsolarzellen bestehend aus GaInP/GaAs/GaInAs welche im Projekt nach Entfernung des GaAs Wafers zu flexiblen Dünnschichtzellen prozessiert werden. | Laufzeit: 11/2018 - 10/2021

Einige Systeme in der Konzentratorphotovoltaik werden mit aktiver Kühlung betrieben, so dass neben der elektrischen Energie auch thermische Energie genutzt werden kann (CPV-T-Systeme). In CPV-T-Systemen wurden schon Gesamtwirkungsgrade von mehr als 75% realisiert. CPV-Systeme sind am besten geeignet an sonnenreichen Standorten, die gleichzeitig häufig trocken sind. Dort wird Trinkwasser oft durch Entsalzungsanlagen gewonnen. Daher ist eine Kombination der CPV-T- und Entsalzungssysteme ideal. Wir nutzen ein Teil der elektrischen Energie des CPV-Systems, um die Pumpen eines Entsalzungssystems mit Umkehrosmose zu betreiben. Die thermische Energie des CPV-T-Systems wird in einer zweiten Stufe des Entsalzungsprozesses der Membrandestillation genutzt. So kann wertvolles Trinkwasser effizient aus Salzwasser bereitgestellt werden. | Laufzeit: April 2013 - April 2016

Das Hauptziel des Projekts ist die Installation und wissenschaftliche Evaluierung eines 53 kW CPV Systems zur Stromerzeugung in Indien. Neben dem CPV System wurde auch ein Außenmessstand zur elektrischen Charakterisierung von (C)PV Modulen installiert. CPV System und Außenmessstand werden verwendet um CPV Kraftwerksinstallationen in Indien wissenschaftlich zu evaluieren und zu bewerten. Diese Evaluation erfolgt in enger Zusammenarbeit mit unserem indischen Partner NETRA NTPC. Dadurch soll ein Wissenstransfer im Bereich CPV ermöglicht werden. | Laufzeit: 01/2016 - 09/2021

Konzentrator-Photovoltaik (CPV) ist die Technologie mit der die mit Abstand höchsten Wirkungsgrade für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie erreicht werden. Dies liegt am Einsatz von hocheffizienten Mehrfachsolarzellen und speziellen Optiken, um das Sonnenlicht auf die Solarzellen zu fokussieren. In dem EU geförderten Projekt CPVMatch hat sich ein Konsortium aus 9 Forschungseinrichtungen und Unternehmen der Optimierung dieser beiden Elemente in Bezug auf Wirkungsgrad und Herstellbarkeit gewidmet. Kürzlich konnte im Rahmen des Projektes am Fraunhofer ISE ein Konzentratormodul mit einem Modulwirkungsgrad von 41,4% realisiert werden - dies ist der höchste jemals erzielte Wert für ein Photovoltaikmodul. | Laufzeit: Mai 2015 - Oktober 2018

Der Fokus im CPVMod Projekt liegt auf der Entwicklung von innovativen, hochleistungsfähigen Konzentratorphotovolatik (CPV) Modulen. Der Vorteil von CPV Modulen liegt in der Bündelung des Sonnenlichts auf Millimeter kleine, hocheffiziente Solarzellen und damit der Einsparung von Halbleitermaterial. Zudem ermöglichen es die Module Umwandlungswirkungsgrade über 30% zu erzielen. Die im CPVMod-Projekt entwickelten Module sollen mit kostengünstigen und robusten Fertigungstechnologien produziert werden. Diese Fertigungstechnologien sollen eine zuverlässige Modulfertigung auch in der Nähe von zukünftigen CPV Installationsorten mit einem hohen regionalen Wertschöpfungsanteil ermöglichen. Die Technologie eignet sich besonders für Gegenden im Sonnengürtel der Erde, mit einem hohen Anteil an direktem Sonnenlicht. | Laufzeit: 3/2017 - 2/2020

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, III-V- und Konzentrator-Photovoltaik, Thema: III-V-Silicium Tandemphotovoltaik, Laufzeit: 12/2020 - 02/2026

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, III-V- und Konzentrator-Photovoltaik; Thema: Hochkonzentrierende Systeme (HCPV); Laufzeit: 09/2019 - 08/2023