Photonische und leistungselektronische Bauelemente

Im Geschäftsfeldthema »Photonische und leistungselektronische Bauelemente« entwickeln wir spezielle Photovoltaikzellen und weitere photonische, optoelektronische und leistungselektronische Bauelemente für Anwendungen jenseits klassischer Solarzellen. Darunter fallen beispielsweise photonische Leistungswandler für Laserlicht (auch bekannt als Laserleistungszellen, optische Leistungswandler, oder Phototransducer), Thermophotovoltaikzellen zur Wandlung thermischer Strahlung, Indoor-Photovoltaikzellen, spezielle Leistungsdioden oder Detektoren. 2021 haben wir mit einem Wirkungsgrad von 68,9% den bisherigen Spitzenwert für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom erzielt.

Schwerpunkte unserer Forschung liegen im modellgestützten Design der Bauelemente unter Berücksichtigung optischer, elektrischer, und thermischer Eigenschaften, beispielsweise zur Entwicklung fortschrittlicher Zellkonzepte mit erhöhter Ausgangsspannung, Optimierung für spezielle Spektren (Laser, LED, künstliches Raumlicht, thermische Strahlung von heißen Emittern), oder hoher Durchbruchspannung. Mit metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) entwickeln wir komplexe Schichtstrukturen, Absorbermaterialien mit angepasster Bandlücke, transparente Tunneldioden, und Prozesse für schnelles Wachstum. Wir prozessieren Epi-Wafer zu funktionalen Bauelementen und entwickeln Dünnschichtprozesse zur Integration und Optimierung von elektrisch leitfähigen Spiegelschichten. Für die Entwicklung von Prototypen arbeiten wir an Aufbau- und Verbindungstechnologien zur mechanischen Montage, elektrischen Kontaktierung, optischen Kopplung sowie zur thermischen Anbindung, und testen Module auf Zuverlässigkeit im Betrieb. 

Wir sind weltweit vernetzt mit exzellenten Forschungsgruppen und bieten kundenorientierte Lösungen für kleine und mittlere Unternehmen, Start-up-Firmen und große Industrieunternehmen. Unser Repertoire umfasst Fertigungsdesign und Prototypen sowie Pilot- und Kleinserien. 

 

Arbeitsgebiete

Im Thema »Photonische und leistungselektronische Bauelemente« beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten:

Laserleistungszelle: Bauelementdesign und -optimierung

Optische Leistungsübertragung

Indoor-Photovoltaik

Thermophotovoltaik

Leistungselektronische Bauelemente und Detektoren

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. 

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

AIIR-Power

KI-gestütztes Design und Herstellung von photonischen Infrarot-Leistungswandlern für Energie und Telekommunikation

 

Lightbridge

Elektroniksystem für die transkutane drahtlose Energieversorgung eines aktiven Implantates

 

Greencom

Green Optical Wireless Communications Facilitated by Photonic Power Harvesting

 

OptoWind

Optisch versorgte Sensornetzwerke für die Windkraftenergie

 

ASHLEY

Avionics Systems Hosted on a Distributed Modular Electronics Large Scale Demonstrator for Multiple Type of Aircraft

TPVCELL

Thermophoto voltaic cell based on gasb

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema »Photonische und leistungselektronische Bauelemente«

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2023 Benefits of pairing floating solar photovoltaics with hydropower reservoirs in Europe
Kakoulaki, Georgia; Gonzalez Sanchez , Rocio; Gracia Amillo, Ana Maria; Szabo, Sandor; Felice, Matteo de; Farinosi, Fabio; Felice, Luca de; Bisselink, Berny; Seliger, Roman; Kougias, Ioannis; Jaeger-Waldau, Arnulf
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Auf dem Weg in eine klimaneutrale Energieversorgung - Transformationspfade für die deutsche Energiewende
Henning, Hans-Martin
Vortrag
Presentation
2023 Photovoltaic Noise Barriers as Energy Generating Infrastructure: Functional Overview about Five Solutions
Forster, Jacob; Tsutskiridze, Giorgi; Kohlhauer, Reinhard; Huyeng, Jonas; Herr, Cornelius; Basler, Felix; Neuhaus, Dirk Holger; Heinrich, Martin; Rendler, Li Carlos
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Anpassung von beschleunigten Alterungstests an die spezifischen Anforderungen und Bedingungen aufkommender Photovoltaik-Anwendungsarten
Weiß, Karl-Anders; Markert, Jochen; Hädrich, Birgit Ingrid; Gebhardt, Paul; Klimm, Elisabeth
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Energiesicherheit und klimaneutrale Energiesysteme
Henning, Hans-Martin
Vortrag
Presentation
2023 F&E Entwicklungen vom Si-Material bis zum Modul: Nachhaltig und hochproduktiv
Wolf, Andreas
Vortrag
Presentation
2023 PV-Produktion in Europa - Aktueller Status
Bett, Andreas W.; Rentsch, Jochen; Preu, Ralf
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Modeling of thin-film interference filters on structured substrates: Microfacet-based BSDF versus ray tracing
Wessels, Andreas; Christen, Leonard; Callies, Adrian; Kroyer, Thomas; Höhn, Oliver; Bläsi, Benedikt
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 MorphoColor® PV Modules: From Modeling/Design to Demo Installations
Bläsi, Benedikt; Wessels, Andreas; Christen, Leonard; Kroyer, Thomas; Höhn, Oliver; Mattenheimer, Martin; Kuhn, Tilmann; Reinwand, Dirk; Heinrich, Martin; Neuhaus, Holger
Vortrag
Presentation
2023 PV at Multi-Terawatt Scale: Waiting is not an Option
Philipps, Simon
Vortrag
Presentation
2023 Evaluation of the German agrivoltaics innovation tender 2022 and overview about the agrivoltaics development in Germany
Pump, Carl; Trommsdorff, Maximilian; Beckmann, Volker; Bretzel, Tamara; Özdemir, Özal Emre; Bieber, Lisa-Marie
Vortrag
Presentation
2023 Thermomechanische Bewertung von BIPV-Modulen mittels FEM Simulation
Beinert, Andreas; Mahfoudi, Achour; Ensslen, Frank; Erban, Christof
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Smart mobile vaccination pickup for sustainable improvement of medical care and smart pandemic control in Southern Africa
Stortz, Felix; Went, Joachim; Koschikowski, Joachim; Maruf, Md Nasimul Islam; Schäfer, Lothar; Neumann, Frank; Lotz, Bryan; Beckett, Marc; Hamann, Maike
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Rainwater Management in Agrivoltaic Systems - Research and Development Potential
Rößner, Johanna-Viktoria
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Technical Aspects for Road Integrated Photovoltaics Towards a More Sustainable Mobility Sector
Huyeng, Jonas; Forster, Jacob; Basler, Felix; Romer, Pascal; Beinert, Andreas; Schill, Christian; Heinrich, Martin; Neuhaus, Holger; Wirth, Harry
Poster
2022 An Assessment of Light Availability and Distribution Inside of a Photovoltaic Greenhouse
Özdemir, Özal Emre; Berwind, Matthew
Vortrag
Presentation
2022 Progress and Challenges of Crop Production and Electricity Generation in Agrivoltaic Systems Using Semi-transparent Photovoltaic Technology
Gorjian, S.; Bousi, Erion; Özdemir, Özal Emre; Trommsdorff, Maximilian; Manoj Kumar, N.; Anand, A.; Kant, K.; Chopra, S.S.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Softwareunabhängig-verlustfreie Projektdatenumgebung und föderal-selbstbeschreibende parametrische Modellierung multifunktionaler Bauprodukte auf Basis des Semantic Web mit Fokus auf die Gebäudehülle. Schlussbericht
Maurer, Christoph; Rist, Tim; Kuhn, Tilmann; Shi, Meiling; Huyeng, Tim-Jonathan; Hoffmann, André; Thiele, Christian-Dominik; Rüppel, Uwe; Sprenger, Wendelin
Bericht
Report
2022 Building-Integrated Photovoltaic (BIPV) products and systems: A review of energy-related behavior
Martín-Chivelet, Nuria; Kapsis, Konstantinos; Wilson, Helen Rose; Delisle, Veronique; Yang, Rebecca; Olivieri, Lorenzo; Polo, Jesús; Eisenlohr, Johannes; Roy, Benjamin; Maturi, Laura; Otnes, Gaute; Dallapiccola, Mattia; Upalakshi Wijeratne, W.M. Pabasara
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Technical Aspects for Road Integrated Photovoltaics Towards a More Sustainable Mobility Sector
Huyeng, Jonas; Forster, Jacob; Basler, Felix; Romer, Pascal; Beinert, Andreas; Schill, Christian; Heinrich, Martin; Neuhaus, Holger; Wirth, Harry
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Development and Analysis of an Off-grid Solar Food Processing System in Kenya
Morgenstern, Alexander; Subasi, Dilara Maria; Pfanner, Norbert; Reiners, Nils; Stortz, Felix; Wüllner, Johannes; Maruf, Md Nasimul Islam
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Economic evaluation of agrivoltaics in German apple cultivation
Hopf, Michaela; Trommsdorff, Maximilian; Wydra-Dürr, Kerstin
Vortrag
Presentation
2022 Fully Black and Reliable PV Modules with a Cost-Effective Inkjet Coating of Cell Strings
Schiller, Christian; Hoffmann, Stephan; Jahn, Mike; De Rose, Angela; Heinrich, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung der Agri-PV im Apfelanbau
Hopf, Michaela; Trommsdorff, Maximilian; Wydra, Kerstin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 APV-Bot Demonstrator
Fahmy, Karim Mohamed Tamer Mahmoud
Vortrag
Presentation
2022 Building Product Ontology: Core Ontology for Linked Building Product Data
Wagner, A.; Sprenger, Wendelin; Maurer, Christoph; Kuhn, Tilmann E.; Rüppel, U.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Investigation of decoupling of thermal and electrical performance of semi-transparent photovoltaic windows based on the external quantum efficiency
Zhou, Hao; Peng, Jinqing; Wilson, Helen Rose; Wang, Meng; Jonsson, Jacob; Ma, Tao; Wu, Ben; Wu, Bochao; Fu, Ganhua
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Challenges for Agrivoltaics in the International Context - An Analytical Hierarchy Process Survey
Vorast, Maximilian
Vortrag
Presentation
2022 Effect of feature size on the reflective behaviour of the MorphoColorTM concept
Callies, Adrian; Wessels, Andreas; Bett, Andreas; Bläsi, Benedikt; Höhn, Oliver
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 PV Roofing for High Ranking Road Networks: Technical Feasibility and Yield Estimation
Ebner, Rita; Mayr, Christoph; Rennhofer, Marcus; Berger, Karl A.; Heinrich, Martin; Basler, Felix; Beinert, Andreas; Fehringer, Markus; Huyeng, Jonas; Beck, Tobias; Haider, Manfred; Prammer, Dominik; Vorwagner, Alois
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Modeling the optical properties of Morpho-inspired thin-film interference filters on structured surfaces
Wessels, Andreas; Callies, Adrian; Bläsi, Benedikt; Kroyer, Thomas; Höhn, Oliver
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Opening Address EU-PVSEC 2021
Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2021 Production of Photovoltaics in Europe. Opportunities and Challenges
Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2021 Evaluating BIPV Modules with Respect to Textural Appearance, Glare, Colour and Electricity Yield
Wilson, Helen Rose; Bueno Unzeta, Bruno; Eisenlohr, Johannes; Kuhn, Tilmann
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Potential of Agrivoltaics to Contribute to Socio-Economic Sustainability: A Case Study in Maharashtra / India
Trommsdorff, Maximilian; Vorast, Maximilian; Durga, N.; Padwardhan, S.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 PV Manufacturing in Europe. Statements
Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2021 Proposal for a Safety Qualification Program for Vehicle-Integrated PV Modules
Markert, Jochen; Kutter, Christoph; Newman, B.; Gebhardt, Paul; Heinrich, Martin
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 The MorphoColor Concept for Colored Photovoltaic Modules
Bläsi, Benedikt; Kroyer, Thomas; Kuhn, Tilmann E.; Höhn, Oliver
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Solarstrom als Pfeiler des Energiewandels
Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2021 Aktueller Stand der Forschung/Entwicklung für Gebäudeintegrierte PV
Kuhn, Tilmann
Vortrag
Presentation
2021 Untersuchung verschattungsoptimierter Halbzellenmodule mit einlaminierter Leistungselektronik für das MPP-Tracking auf Substring-Ebene
Armbruster, Cornelius; Kutter, Christoph; Schmid, A.; Tummalieh, Ammar; Rouffaud, Gilles; Basler, Felix; Wille-Haußmann, Bernhard; Famulla, J.; Schüler, Marc Andre; Oyebanji, U.O.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Durchführbarkeitsstudie zur Ermittlung möglicher Forschung- und Demonstrationsfelder für Agri-Photovoltaik in Baden-Württemberg
Hörnle, Oliver; Riedelsheimer, Julia; Trommsdorff, Max; Keinath, Tobias; Binder, Florian; Weinmann, Ernst; Klodt, Frederik; Zikeli, Sabine; Pataczek, Lisa; Rueß, Franz; Köppler, Kirsten; Glas, Michael; Mayr, Ulrich; Frey, Michael; Kromrey, Volker; Vedel, Dimitri; Klein, Alexandra
Studie
Study
2021 BauwerkIntegrierte PV (BIPV) Stand der Forschung & Entwicklung
Kuhn, Tilmann
Vortrag
Presentation
2021 Potenziale der Integrierten Photovoltaik in Deutschland
Wirth, Harry; Eggers, Jan-Bleicke; Trommsdorff, Maximilian; Neuhaus, Dirk Holger; Heinrich, Martin; Wieland, S.; Schill, Christian
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Legal Framework of Agrivoltaics in Germany
Vollprecht, Jens; Trommsdorff, Maximilian; Hermann, C.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Energy Yield Simulation of 3D Curved VIPV Modules
Neven-du Mont, Sebastian; Alharthi, Hashem; Kutter, Christoph; Neuhaus, Holger; Heinrich, Martin
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Materialinnovationen für die Solarenergie
Bett, Andreas W.
Vortrag
Presentation
2021 Integrating PV: PV where People Live, Work and Farm
Wirth, Harry
Vortrag
Presentation
2021 Economic analysis of agrivoltaics in orchard farming in Germany
Hopf, Michaela; Trommsdorff, Maximilian; Wydra, Kerstin
Meeting Abstract
2021 The MorphoColor Concept for Colored Photovoltaic Modules and Solar Thermal Collectors
Bläsi, Benedikt; Wessels, Andreas; Callies, Adrian; Eisenlohr, Johannes; Ensslen, Frank; Kuhn, Tilmann; Kroyer, Thomas; Höhn, Oliver
Vortrag
Presentation
2020 Implementation of agrophotovoltaics. Techno-economic analysis of the price-performance ratio and its policy implications
Schindele, Stephan; Trommsdorff, Maximilian; Schlaak, A.; Obergfell, Tabea; Bopp, Georg; Reise, Christian; Braun, Christian; Weselek, A.; Bauerle, A.; Högy, P.; Goetzberger, Adolf; Weber, Eicke R.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Bridging two Worlds - Standards for BIPV
Wilson, Helen Rose
Vortrag
Presentation
2020 Spray Pyrolysis - a Versatile Technique for Thin Film Deposition in PV
Bartsch, Jonas; Heitmann, Ulrike; Jakob, Leonie; Mahmoud Algazzar, R.; Tutsch, Leonard; Hermann, R.; Kluska, Sven; Bivour, Martin; Bläsi, Benedikt; Hauser, Hubert; Janz, Stefan; Glatthaar, Markus
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2020 GIS-basierte Potenzialanalyse für Agrophotovoltaik - Eine Fallstudie für die Region Bodensee-Oberschwaben
Hauger, Salome; Schindele, Stephan; Winkelhausen, Harald; Gimbel, Edgar; Wolf, Maritta; Jung, Martina; Beuerle, Rainer
Poster
2020 Colored Modules for Integrated PV: From the MorphoColor-Concept to High Efficiency Prototypes
Bläsi, Benedikt
Vortrag
Presentation
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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