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, hergestellt in Dünnschichttechnik mit Rückseitenspiegel, haben wir einen opto-elektrischen Wandlungswirkungsgrad von 68.9% erreicht, gemessen bei einer Laserwellenlänge von 858 nm und einer Bestrahlungsstärke von 11.4 W/cm².

 

 

Zu diesem Thema aus unserem Forschungsblog »Innovation4E«:

Photovoltaikzellen für Laserlicht: Optische Leistungsübertragung zur Versorgung von Sensorelektronik

Blogbeitrag von Henning Helmers

Dr. Henning HelmersSpricht man von Photovoltaikzellen denkt man üblicherweise – ganz im Namen des Leitmotivs des Fraunhofer ISE, der Energiewende – an die Wandlung von Solarstrahlung in elektrische Leistung. Eine interessante andere Anwendung finden Photovoltaikzellen in sogenannten Power-by-Light Systemen (auch bekannt unter dem Begriff Power-over-Fiber) zur optischen Leistungsversorgung von elektronischen Anwendungen. Hier wird die PV-Zelle nicht als Solarzelle eingesetzt, sondern zur Wandlung von Laserlicht in elektrische Leistung genutzt.

Weiterlesen auf blog.innovation4e.de

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

LightBridge

Elektroniksystem für die drahtlose Energieversorgung eines subretinalen Mikroimplantates

 

AIIR-Power

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

 

Presseinformation - 28. Juni 2021

Rekordwert von 68,9% Wirkungsgrad für GaAsDünnschichtzelle unter Laserlicht

Auf der 48. IEEE Photovoltaic Specialists Conference demonstrierten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, wie sie mit einer Laserleistungszelle unter monochromatischem Licht einen photovoltaischen Rekordwirkungsgrad von 68,9% erzielen.

Flyer und Broschüren

Flyer | Sprache: englisch

PV-Cells for Optical Power Transmission

 

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Power-by-Light:

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2021 Non-Uniform Illumination Impacts on O-Band InGaAsP and Metamorphic GaInAs Photonic Power Converters
Beattie, M.; Helmers, H.; Valdivia, C.E.; Lackner, D.; Höhn, O.; Hinzer, K.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 4-Junction GaAs Based Thin Film Photonic Power Converter with Back Surface Reflector for Medical Applications
Schauerte, M.; Höhn, O.; Wierzkowski, T.; Keller, G.; Helmers, H.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Pushing the Boundaries of Photovoltaic Light to Electricity Conversion: A GaAs Based Photonic Power Converter with 68.9% Efficiency
Helmers, H.; Lopez, E.; Höhn, O.; Lackner, D.; Schön, J.; Schauerte, M.; Schachtner, M.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 68.9% Efficient GaAs-Based Photonic Power Conversion Enabled by Photon Recycling and Optical Resonance. Cover Picture
Helmers, H.; Lopez, E.; Höhn, O.; Lackner, D.; Schön, J.; Schauerte, M.; Schachtner, M.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Current Mismatch and Luminescence Coupling in Three-junction Photonic Power Converters with and without Back Reflector
Lopez, E.; Höhn, O.; Schauerte, M.; Lackner, D.; Schachtner, M.; Reichmuth, S.K.; Helmers, H.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 High Efficiency III-V Based Photovoltaic Cells for Laser Power Beaming and Solar Power Generation in Space
Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2021 New Frontiers in III-V based Photonic Power Converters
Helmers, H.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 68.9% Efficient GaAs-Based Photonic Power Conversion Enabled by Photon Recycling and Optical Resonance
Helmers, H.; Lopez, E.; Höhn, O.; Lackner, D.; Schön, J.; Schauerte, M.; Schachtner, M.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 6-W Optical Power Link with Integrated Optical Data Transmission
Helmers, H.; Armbruster, C.; Ravenstein, Moritz von; Derix, D.; Schöner, C.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Simultaneous Wireless Data and Power Transfer for a 1-Gb/s GaAs VCSEL and Photovoltaic Link
Fakidis, J.; Helmers, H.; Haas, H.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Power-by-Light or How to Reach an Efficiency of 68%?
Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2019 Highly Efficient III-V Based Photovoltaic Laser Power Converters
Helmers, H.; Höhn, O.; Lackner, D.; Lopez, E.; Ruiz-Preciado, L.; Schauerte, M.; Siefer, G.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Vortrag
Presentation
2019 GaAs Multi-Junction Laser Power Converters at AZUR SPACE. Current Status and Development Activities
Keller, G.; Fuhrmann, D.; Wierzowski, T.; Volk, A.-K.; Fuhrmann, B.; Horst, L.; Wächter, C.; Schauerte, M.; Helmers, H.; Khorenko, V.
Vortrag
Presentation
2019 Comprehensive Electrical Loss Analysis of Monolithic Interconnected Multi-Segment Laser Power Converters
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 5 W Optical Power Link with Generic Voltage Output and Modulated Data Signal
Haid, M.; Armbruster, C.; Derix, D.; Schöner, C.; Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2018 Power-by-Light - Optical Power Transmission Based on Photovoltaic Laser Power Converters
Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2018 Transient Analysis of Luminescent Coupling Effects in Multi-junction Solar Cells
Tayagaki, T.; Reichmuth, S.K.; Helmers, H.; Siefer, G.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Trends in Solar Electricity
Bett, A.W.
Vortrag
Presentation
2018 Optische Leistungsversorgung für Sensorsysteme mittels photovoltaischer Laserleistungszellen
Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2018 On the influence of the photo-induced leakage current in monolithically interconnected modules
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Power loss mechanisms in small area monolithic-interconnected photovoltaic modules
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 0.5-Gb/s OFDM-Based Laser Data and Power Transfer Using a GaAs Photovoltaic Cell
Fakidis, J.; Videv, S.; Helmers, H.; Haas, H.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 On the alignment tolerance of photovoltaic laser power converters
Wagner, L.; Bett, A.W.; Helmers, H.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 On the temperature dependence of dual-junction laser power converters
Reichmuth, S.K.; Helmers, H.; Philipps, S.P.; Schachtner, M.; Siefer, G.; Bett, A.W.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2017 Power loss mechanisms in monolithic-interconnected six-segment laser power converter
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Vortrag
Presentation
2017 Multi-segment photovoltaic laser power converters and their electrical losses
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2017 Reliable and lightning-safe monitoring of wind turbine rotor blades using optically powered sensors
Worms, K.; Klamouris, C.; Wegh, F.; Meder, L.; Volkmer, D.; Philipps, S.P.; Reichmuth, S.K.; Helmers, H.; Kunadt, A.; Vourvoulakis, J.; Bett, A.W.; Koos, C.; Freude, W.; Leuthold, J.; Stork, W.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Optical power supply of smart sensors using photovoltaic laser power converters
Helmers, H.
Vortrag
Presentation
2016 Optimal laser wavelength for efficient laser power converter operation over temperature
Höhn, O.; Walker, A.W.; Bett, A.W.; Helmers, H.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Determining the optimal laser wavelength for laser power conversion depending on operation temperature
Höhn, O.; Walker, A.W.; Bett, A.W.; Helmers, H.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Influence of injection current and temperature on electroluminescence of GaAs laser power converters
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Vortrag
Presentation
2016 Integrated Power and Data Transceiver Devices for Power-by-Light Systems - A Concept Study
Helmers, H.; Lackner, D.; Siefer, G.; Oliva, E.; Dimroth, F.; Bett, A.W.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Transient I-V Measurement Set-up for Photovoltaic Laser Power Converters under Monochromatic Irradiance
Reichmuth, S.K.; Helmers, H.; Garza, C.E.; Vahle, D.; Boer, M. de; Stevens, L.; Mundus, M.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Siefer, G.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Photovoltaic laser power converters for wireless optical power supply of sensor systems
Helmers, H.; Bett, A.W.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2016 Spatial and spectral electroluminescence for single-junction single-segment GaAs laser power converter characterization
Kimovec, R.; Helmers, H.; Bett, A.W.; Topic, M.
Vortrag
Presentation
2009 Optically powered fibre networks
Freude, W.; Röger, M.; Hiba, B.; Hoh, M.; Dreschmann, M.; Hehmann, J.; Pfeiffer, T.; Huebner, M.; Bett, A.; Becker, J.; Leuthold, J.
Vortrag
Presentation
2009 High-voltage GaAs photovoltaic laser power converters
Schubert, J.; Oliva, E.; Dimroth, F.; Guter, W.; Löckenhoff, R.; Bett, A.W.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2006 Optically powered video camera network
Böttger, G.; Hübner, M.; Dreschmann, M.; Klamouris, C.; Paulsson, K.; Kueng, T.; Bett, A.W.; Becker, J.; Freude, W.; Leuthold, J.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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