Verbindungstechnik und Zuverlässigkeitsprüfung für
III-V-Solarzellen und -Module

In unserem Concentrator Technology Evaluation Center (Con-TEC) entwickeln wir Aufbau- und Verbindungstechnologien sowie Fertigungsprozesse für anspruchsvolle photovoltaische Systeme. Dabei adressieren wir Anwendungen von konzentrierender Photovoltaik (CPV), über  Thermophotovoltaik und optische Leistungsübertragung bis hin zu dicht gepackten PV-Modulen für CPV-Turmkraftwerke .

Ein besonderer Fokus liegt auf der Überführung leistungsfähiger Bauelemente in robuste Systeme. Unter hochkonzentrierter Strahlung treten extreme thermische und mechanische Belastungen auf, sodass die Zuverlässigkeit maßgeblich durch die Qualität der Aufbau‑ und Verbindungstechnik bestimmt wird. Insbesondere die thermische Anbindung der Bauelemente, die Stabilität von Verbindungsstellen sowie die Langzeitbeständigkeit von Materialien und optischen Komponenten sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer.

Wir entwickeln dafür skalierbare Fertigungsprozesse entlang industrieller Wertschöpfungsketten – vom Baugruppendesign über die hochpräzise Bestückung und Kontaktierung bis hin zur Modul- und Systemintegration. Unsere Infrastruktur ermöglicht die Herstellung von Prototypen und Kleinserien unter produktionsnahen Bedingungen sowie die Evaluation neuer Materialien, Designs und Prozesse.

Die Zuverlässigkeit unserer Systeme prüfen wir mit umfassenden beschleunigten Alterungstests und detaillierter Material- und Bauteilcharakterisierung. In Kombination mit Modellierung und Simulation entsteht ein tiefes Verständnis der Degradationsmechanismen, das gezielt in die Optimierung von Designs und Prozessen zurückgeführt wird.

So unterstützen wir unsere Partner dabei, innovative Hochleistungsbauelemente in langlebige, wirtschaftlich produzierbare Produkte zu überführen.

Unsere FuE-Leistungen zum Thema »Verbindungstechnik und Zuverlässigkeitsprüfung für III-V-Solarzellen und -Module« umfassen:

Aufbau- und Verbindungstechnik

  • Entwicklung von hochzuverlässigen Verbindungs- und Verkapselungskonzepten
  • Integration von III-V-Bauelementen auf Substraten und Leiterplatten
  • Prozessentwicklung für Löten, Kleben, Bonden und hybride Kontakte

Fertigung & Skalierung

  • Produktionsnahe Prozessentwicklung
  • Prototypen- und Kleinserienfertigung im Con-TEC
  • Inline- und Offline-Qualitätssicherung

Zuverlässigkeit & Alterung

  • Beschleunigte Alterungstests (Temperatur, Feuchte, UV, Zyklen)
  • Untersuchung thermo-mechanischer Belastungen unter hoher Wärmestromdichte
  • Lebensdauermodelle und Degradationsanalyse

Charakterisierung & Diagnose

  • Elektrische, mechanische und optische Analyse von Baugruppen
  • Materialanalytik und Fehlerursachenanalyse
  • Entwicklung von Qualitätssicherungsstrategien

Modellierung & Designunterstützung

  • Thermo-mechanische Simulation (FEM, CFD)
  • multiphysikalische Kopplung von optischen, elektrischen und thermischen Effekten
  • Auslegung auf hohe Zuverlässigkeit

FuE-Infrastruktur

Für unsere Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten steht uns am Fraunhofer ISE diese Infrastruktur zur Verfügung:

 

Zentrum für höchsteffiziente Solarzellen

Auf mehr als 1000 m² modernstem Reinraum und Laborfläche testen und optimieren wir fortschrittliche PV-Technologien. Innovative Prozesse und Technologien werden in diesem Zentrum für den künftigen Einsatz in der Industrie erforscht, u.a. nasschemische Verfahren, Foto- und Laserlithographie, Nanoimprint-Labor, Aufdampfen von Metallen und Dielektrika.

 

CalLab PV Cells

Das akkreditierte Kalibrierlabor CalLab PV Cells am Fraunhofer ISE bietet hochpräzise, reproduzierbare Kalibrierungen und Messungen aller Solarzellentypen nach internationalen Standards, zum Beispiel, spektrale Empfindlichkeit/Quanteneffizienz, Reflexion, Strom-Spannungs-Messungen insbesondere auch unter variablen Spektren und Intensitäten, verschiedene Breitband- und Laser-Lichtquellen sowie Filter verfügbar.

 

Concentrator Technology Evaluation Center Con-TEC

Im Con-TEC stehen vielfältige Aufbau- und Verbindungstechnologien für die Entwicklung und den Aufbau von kundenangepassten Modulen und Packages zur Verfügung. Wir testen Komponenten und Produktionsprozesse mit Schwerpunkten auf Zuverlässigkeit und Materialanalytik. Wir entwickeln Prototypen und fertigen Kleinserien, um neue Komponenten, Designs und Prozesse zu evaluieren. 

 

Lab Strukturierung und Photonik

Wir erarbeiten Lösungen basierend auf Mikro- und Nanostrukturen für Solarzellen und andere photovoltaische Bauelemente wie zum Beispiel Photovoltaikzellen zur Übertragung von Leistung mittels Laserlicht, aber auch für verwandte Bauelemente, wie z.B. LEDs. 

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

50 Prozent

Monolithische III‑V-Mehrfachsolarzellen mit über 50 % Wirkungsgrad unter konzentrierter Einstrahlung

 

micro-CPV

Entwicklung eines hochkonzentrierenden CPV-Moduls auf Basis modernster Micro-Fertigungstechnologie

 

H2Demo

Entwicklung von Demonstratoren zur direkten solaren Wasserspaltung

 

HIPERION

Hybrid-Photovoltaik für Effizienzrekord durch integrierte optische Technologie

 

QuintuMod

Entwicklung eines kostengünstigen und gleichzeitig hocheffizienten Solarmoduls unter Verwendung einer 5fach-Stapelsolarzelle

 

HyCon

Solare Wasserstofferzeugung mit einem HyCon-System

 

PoTaSi

Demonstration des Potentials von monolithischen Tandemsolarzellen aus III‑V-Halbleitern und Silizium