Thermophotovoltaik Generator
© Fraunhofer ISE
Wiederverstromung von in Form von Hochtemperaturwärme gespeicherter Energie mittels TPV Zellen.

Thermo-Photovoltaik-
Generator

Wiederverstromung von in Form von Hochtemperaturwärme gespeicherter Energie mittels TPV Zellen.

Thermo-Photovoltaik

Analog zur solaren Energieerzeugung mittels Solarzellen wird in der Thermo-Photovoltaik (TPV) Strahlungsenergie mittels Photovoltaikzellen in Elektrizität gewandelt. Im Unterschied zu Solarzellen stammt die Strahlungsenergie aber nicht von der Sonne, sondern wird in Form von Wärmestrahlung (langwellige Photonen) von einem heißen Emitter abgegeben. Spezielle Thermo-Photovoltaikzellen aus Absorbermaterialien mit Bandlücken im Infrarotbereich, können diese Wärmestrahlung effizient in elektrische Leistung wandeln.

In einem auf fluktuierenden erneuerbaren Energiequellen basierenden Energiesystem können thermo-photovoltaische Systeme einen wichtigen Beitrag zur Speicherung von überschüssiger elektrischer Energie spielen. Diese kann in Form von Wärme bei hoher Temperatur gespeichert werden und bei Bedarf mittels thermo-photovoltaischer Module wieder verstromt werden. Für den Gesamtwirkungsgrad (elektrisch-zu-elektrisch) sind TPV Zellen mit hoher Umwandlungseffizienz entscheidend. Darüber hinaus ist insbesondere auch ein intelligentes Photonenmanagement essenziell: Durch die Integration von Spiegelschichten in die TPV Zelle können die photovoltaisch nicht nutzbaren Photonen auf den thermischen Emitter zurückgeworfen und somit recycelt werden. So erreicht man hohe Systemwirkungsgrade.

Am Fraunhofer ISE entwickeln wir angepasste niederbandlückige III-V Absorbermaterialien auf der Basis von GaAs, InP, GaSb, und Ge, sowie hochtransparente Tunneldioden. Mittels metamorpher Pufferschichten realisieren wir zudem sogenannte »Engineered Substrates« auf Basis von GaAs, um vergleichsweise teure InP Substrate zu ersetzen. Ebenso entwickeln wir Dünnschichtprozesse und hochreflektive, elektrisch leitfähige Spiegelschichten für ein effizientes Photonenmanagement. Schließlich bieten wir unseren Kunden unsere Expertise an bei der Entwicklung dicht gepackter Module, dafür notwendiger Aufbau- und Verbindungstechnologie und thermisches Management.

Darüber hinaus arbeiten wir an der optischen Modellierung, Realisierung und Charakterisierung von selektiven Emittern für TPV Systeme. So können durch spezielle Beschichtungen Resonanzphänomene in Oberflächenstrukturen und/oder Dünnschichtsystemen erzeugt werden, die bevorzugt Photonen emittieren die von der Thermo-Photovoltaikzelle nutzbar sind.

Unsere FuE-Leistungen zu diesem Thema:

  • Entwicklung von Epitaxiestrukturen für TPV Bauelemente auf Basis von GaAs, InP, GaSb, und Ge
  • InP »Engineered Substrates« auf GaAs
  • Optimierung des Thermophotovoltaikzelldesigns
  • Dünnschichtprozessierung und Rückseitenspiegeltechnologie
  • Modulentwicklung und Aufbau- und Verbindungstechnologien
  • Elektrische Charakterisierung von TPV-Zellen und Modulen
  • Zuverlässigkeitsuntersuchungen
  • Modellierung, Realisierung und Charakterisierung von selektiven Emittern

Ausgewählte Veröffentlichungen zum Thema Thermo-Photovoltaik

YEAR Title/Author Document Type
2019 Development of Back Side Technology for Light Trapping and Photon Recycling in GaAs Solar Cells
Micha, D.; Höhn, O.; Oliva, E.; Klinger, V.; Bett, A.; Dimroth, F.
Journal Article
2018 Combining photon recycling and concentrated illumination in a GaAs heterojunction solar cell
Schilling, C.; Höhn, O.; Micha, D.N.; Heckelmann, S.; Klinger, V.; Oliva, E.; Glunz, S.W.; Dimroth, F.
Journal Article
2012 Advanced Concepts in Concentrating Photovoltaic (CPV)
Wiesenfarth, M.; Helmers, H.; Philipps, S.P.; Steiner, M.; Bett, A.W.
Conference Paper
2012 Front-side interconnected large area concentrator cells for compact concentrator modules
Wiesenfarth, M.; Steiner, M.; Helmers, H.; Siefer, G.; Oliva, E.; Dimroth, F.; Shelef, G.; Polonsky, G.; Flitsanov, Y.; Kribus, A.; Bett, A.W.
Conference Paper
2008 Development, characterisation and 1000 suns outdoor tests of GaAs monolithic interconnected module (MIM) receivers
Löckenhoff, R.; Dimroth, F.; Oliva, E.; Ohm, A.; Wilde, J.; Faiman, D.; Biryukov, S.; Melnichak, V.; Kabalo, S.; Bokobza, D.; Bett, A.W.
Journal Article
2005 GaSb Based PV Modules for a TPV Generator System
Schlegl, T.; Abbott, P.; Aicher, T.; Dimroth, F.; Siefer, G.; Szolak, R.; Bett, A.W.
Conference Paper
2004 Development of a novel TPV power generator
Aicher, T.; Kästner, P.; Gopinath, A.; Gombert, A.; Bett, A.W.; Schlegl, T.; Hebling, C.; Luther, J.
Conference Paper
2003 Growth of Sb-based materials by MOVPE
Dimroth, F.; Agert, C.; Bett, A.W.
Journal Article
2003 GaSb photovoltaic cells for applications in TPV generators
Bett, A.W. and Sulima, O.V.
Journal Article
2001 Fabrication and Simulation of GaSb Thermophotovoltaic Cells
Sulima, O.V and Bett, A.W
Journal Article
2000 Radiation filters and emitters for the NIR based on periodically structured metal surfaces
Heinzel, A.; Boerner, V.; Gombert, A.; Bläsi, A.; Wittwer, V.; Luther, J.
Journal Article