GaAs-basierte Laserleistungszellen

Photovoltaische Zellen aus GaAs zur Umwandlung von monochromatischem Licht im Bereich von 800-850 nm.

Power-by-Light

FuE-Leistungen

Im Thema Power-by-Light bieten wir folgende Forschungs- und Entwicklungsleistungen

Epitaxie-Entwicklung

Durch eine exzellente Materialqualität erreichen die von uns entwickelten Laserleistungszellen höchste Wirkungs­grade. Durch die optimale Anpassung des Halbleitermaterials an die Laserwellenlänge werden Thermalisierungsverluste minimiert.

Photovoltaikzell-Entwicklung

Optimierte Zelldesigns für verschiedene An­wendungsbedingungen und Laser­wellen­längen. Fortgeschrittene Zell­architek­tu­ren für monolithisch ver­schal­te­te Bauteile mit erhöhter Ausgangs­span­nung.

Charakterisierung

Laser-basierter Messplatz zur Untersuchung von Laserleistungszellen unter mono­­chrom­atischem Licht. Messung der spektralen Empfindlichkeit bzw. Quan­ten­effizienz. Spektrale und ortsaufgelöste Elektro­lumineszenz-Messungen zur Beurteilung von Materialbeschaffenheit und -qualität.

Automatisierte Montage

Für die Montage von Laserleistungszellen stehen industrietaugliche Anlagen der Aufbau- und Verbindungstechnik zur Verfügung, die auch zur Fertigung von Pilot- und Kleinserien genutzt werden.

Systemintegration

Für eine ganzheitliche Systemintegration berücksichtigen wir die optische Kopplung, die thermische Anbindung und die Einbindung in nachgeschaltete Elektronik. Zudem arbeiten wir an der Kombination von Leistungs- und Datenübertragung.

Zuverlässigkeits­untersuchung

In Degradationsstudien und Versuchen zur beschleunigten Alterung untersuchen wir die Zuverlässigkeit von Komponenten und Baugruppen, mit einem Fokus auf der Aufbau- und Verbindungstechnik.

Die optische Leistungsübertragung mit Power-by-Light Systemen (auch bekannt unter dem Namen Power-over-Fiber) ist eine elegante Lösung zur Versorgung von Sensoren oder Aktoren, wenn eine konventionelle Leistungsversorgung über Kupferkabel nicht oder nur eingeschränkt realisierbar ist. Gründe dafür können ganz unterschiedlicher Natur sein, z.B. die Forderung nach galvanischer Trennung, Hochspannung, Blitzschutz, elektromagnetischer Verträglichkeit, die Notwendigkeit drahtloser Energieübertragung, Gewichtsreduktion, die Vermeidung von Funkenbildung, Korrosionsbeständigkeit, hohe Magnetfelder oder rotierende Systeme. Als Beispiele für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten sind zu nennen die Strukturüberwachung von Windkraftanlagen, Treibstoffsensorik in Flugzeugen, die Überwachung von Hochspannungsleitungen, die optische Versorgung von Automobilsensorik, Biosensorik in smarten Implantaten, oder auch die Überwachung von passiven optischen Netzwerken.


Am Fraunhofer ISE entwickeln wir spezielle Photovoltaikzellen für Power-by-Light Anwendungen, die mit höchster Effizienz monochromatisches Licht in elektrische Energie wandeln, sogenannte Laserleistungszellen. Schwerpunkte unserer Forschung liegen in der Materialentwicklung für spezifische Laserwellenlängen, der Optimierung der Zellstruktur für die Wandlung von monochromatischem Licht und in der Entwicklung fortschrittlicher Zellkonzepte zur Erhöhung der Ausgangsspannung. Weitere Themen sind die Charakterisierung der Zellen unter monochromatischem Licht, Zuverlässigkeitsuntersuchungen, sowie Packaging und Systemintegration. Darunter fallen auch die Kombination von Leistungs- und Datenübertragung, sowie die Ankopplung an elektronische Schaltungen.


Mit einer GaAs-basierten Laserleistungszelle haben wir einen opto-elektrischen Wandlungswirkungsgrad von 57.4% erreicht, gemessen bei einer Laserwellenlänge von 805 nm und einer Bestrahlungsstärke von 124.0 W/cm².

 

 

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

ASHLEY

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

 

OPTOWIND

Optisch versorgte Sensornetzwerke für die Windkraftenergie

 

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Power-by-Light: