Fraunhofer-Allianz Energie
Fraunhofer-Allianz Energie

Energie Erneuerbar

PHOTOVOLTAIK

© iStock.com l Adam Smigielski l Solares Kraftwerk auf freier Fläche

Photovoltaik

Die Fraunhofer-Allianz Energie verfügt über umfassende Kompetenzen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Silizium-Photovoltaik – von der Kristallisation über Wafering und Zellproduktion bis hin zur Verschaltung zu Modulen. Fraunhofer-Experten erarbeiten optimierte Gesamtanlagen­konzepte und sind führend in der Wechselrichtertechnologie. Für konzentrierende PV-Systeme werden hocheffiziente III-V-Mehrfachsolarzellen und optische Systeme zur Bündelung des Sonnenlichts entwickelt. Auch Silizium-Dünnschichtzellen sowie der Einsatz alter­nativer Materialsysteme zählen zum Portfolio. Im zukunfts­orientierten Bereich organischer Solarzellen und Farbstoffzellen wird an der Verbesserung von Effizienz und Langzeitstabilität geforscht.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Photovoltaik

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PV-Produktionstechnologie

Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung arbeiten an innovativen Produktionstechnologien für Solarzellen mit dem Ziel, Sonnenenergie effektiver zu nutzen. Dabei werden zum einen Standardprozesse zur Herstellung von Solarzellen weiterentwickelt, zum anderen werden neue technologische Konzepte systematisch von der Laborforschung in die industrielle Anwendung überführt. Dazu evaluieren und entwickeln wir Herstellungsprozesse und Prozesstechnologiekomponenten, fertigen fortgeschrittene industrielle Solarzellenstrukturen und charakterisieren und optimieren Materialien und Solarzellen. Aspekte wie Digitalisierung, Recycling und nachhaltige Fertigung sind wichtige Bestandteile unserer Konzepte.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE

AVATAR

Im Zeitalter der Digitalisierung stellt sich die Frage wie etablierte Drucktechnologien wie das Flachbett-Siebdruckverfahren in den digitalen Raum überführt werden können. Zentrale Herausforderungen wie die Reduktion...

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© Fraunhofer ISE

NextTec

Um drohende Lieferengpässe abzufedern und die Herstellungskosten von Siliciumsolarzellen zu senken, ist ein hoher Produktionsdurchsatz nötig – ein entscheidender Faktor nicht nur für den PV-Ausbau in Deutschland, sondern weltweit.

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© Fraunhofer ISE

Kumelle

Kerngeschäft des Fraunhofer ISE ist die Entwicklung der nächsten Solarzellengenerationen. Dabei haben Tandemsolarzellen, integrierte Photovoltaik und nachhaltige Produktion höchste Priorität. Das Projekt »Kumelle« adressiert die Entwicklung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen...

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Silizium-Photovoltaik

Silizium ist aktuell das verbreitetste Halbleitermaterial zur Herstellung von Solarzellen. Schlüssel für diese dominierende Marktstellung sind zum einen ein robuster und kostengünstiger Herstellungsprozess, zum anderen der hohe Wirkungsgrad und die große Zuverlässigkeit von siliziumbasierten PV-Modulen. Gerade der Wirkungsgrad spielt für die weitere Senkung der Stromentstehungskosten eine entscheidende Rolle und steht deshalb im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten. Die Experten der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützen Unternehmen bei der Forschung und Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette vom Siliziummaterial über die Solarzelle und das Modul bis hin zum System. Der Technologiereifegrad unserer Projekte umfasst die gesamte Bandbreite von der Laborforschung bis zur industrienahen Entwicklung. Mit neuen Technologien und Weltrekordwirkungsgraden aus unseren Forschungslaboren setzen wir wissenschaftliche Trends in der Photovoltaik und geben so wichtige Impulse für Neuentwicklungen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE

WaMTec

Im Projekt »WaMTec« arbeiten Firmen und Institute aus vier europäischen Ländern an der Weiterentwicklung von Technologien zur Herstellung von Silizium-Wafern, -Solarzellen und -Modulen. 

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RIESEN

Das theoretische Limit von 29.4% setzt der weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades der Silizium-Einfachsolarzellen eine klare Grenze. Um die Effizienz weiter zu erhöhen, sind sogenannte Tandemsolarzellen notwendig...

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StroKoFo

Im Mittelpunkt des Projektes StroKoFo steht ein innovativer Prozess zur Formierung bzw. Optimierung des Metall-Halbleiter-Kontaktes von Silizium-Solarzellen (StroKoFo-Prozess), der auf einem anderen physikalischen Prinzip basiert als der herkömmliche Feuerprozess.

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Perowskite und Tandemsolarzellen

Organische und Perowskit-Solarzellen bieten vielversprechende Möglichkeiten in Bezug auf Vielseitigkeit und Kostensenkungspotenzial. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Gesellschaft arbeiten daran, durch Entwicklung neuartiger Materialien den Wirkungsgrad dieser Solarzellen zu steigern, die Langzeitstabilität zu erhöhen und die Produktionskosten zu senken. Neben herkömmlichen Einfachsolarzellen entwickeln wir Silizium-basierte Mehrfach- oder Tandemsolarzellen. Diese nutzen zwei oder mehr photovoltaische Absorber wie Perowskite oder III-V Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken in einem vertikalen Tandemstapel. Auf diese Weise kann das Sonnenspektrum wesentlich effizienter genutzt werden, so dass Wirkungsgrade über dem begrenzenden Limit von 29,4 % für Einfachsolarzellen aus Silizium realisiert werden können. Unsere Expertinnen und Experten arbeiten an der Optimierung dieser Tandemsolarzellen und dem Transfer in die industrielle Produktion. Zukünftig bedeutet dies: eine höhere Energieausbeute pro Fläche, Einsparpotentiale bei Materialien und eine höhere Nachhaltigkeit.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

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PrEsto

Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen stellen eine Weiterentwicklung der etablierten Siliciumwafer basierten Standardtechnologie dar. Hierbei wird auf der Licht einfallenden Seite eine Dünnschicht-Perowskit Solarzelle auf die bereits vorproduzierte Unterzelle aufgebracht.

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PeroTec

Im Fraunhofer-Projekt »PeroTec« sollen für den industriellen Einsatz von neuartigen Perowskit-Materialien die technologischen Voraussetzungen für Anwendungen im Quadratmeter-Maßstab geschaffen und patentrechtlich geschützt werden.

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© Fraunhofer ISE/Torsten Rößler

HoTSun

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen ermöglichen höhere Wirkungsgrade als heutige Silizium-Solarmodule, stellen aber hohe Anforderungen an die Modulherstellung.

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Dünnschicht-Photovoltaik

Im Vergleich zu Solarzellen aus kristallinem Silizium werden Dünnschichtsolarmodule nicht aus einzelnen Wafern produziert, sondern als großflächige Schichten aufgebracht. Hierdurch könnten sich bei Produktion in hohen Stückzahlen Kostenvorteile ergeben und es sind flexible Geometrien realisierbar. Dünnschicht-Photovoltaik hat einen deutlich geringeren Marktanteil, weist jedoch in bestimmten Anwendungen Vorteile auf. Die Module kommen beispielsweise besser mit Verschattungen zurecht und liefern bei schwachen Lichtbedingungen höhere Erträge. Forscherinnen und Forscher bei Fraunhofer arbeiten daran, das Potenzial von Dünnschichtmodulen durch Nutzung verbesserter Materialien auszuschöpfen und die Fertigung im Industriemaßstab zu optimieren.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© NICE Solar Energy GmbH

altura

Das Gesamtziel des Projektes ist, die Effizienz von CIGS-Solarzellen zu steigern. Dies erfolgt durch eine optimierte Verschaltung einzelnen Solarzellen innerhalb eines Solarmoduls auf zwei Weisen...

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ADAPT

Der Klimawandel ist in den letzten Jahren in Deutschland konkret erlebbar geworden. Hitzesommer und geringe Niederschläge in den Wintern haben vielerorts zu massiven Problemen in der Landwirtschaft geführt.

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SuPerTandem

Das SuPerTandem-Projekt zielt darauf ab, Fertigungstechnologien für 2-Terminal-Tandemzellen und monolithisch verbundene Module auf flexiblen Folien unter Verwendung kostengünstiger Perowskit-Absorberschichten zu entwickeln.

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Konzentrator-Photovoltaik

In Gebieten mit viel direkter Sonneneinstrahlung bietet sich der Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik (CPV) als kostengünstige Technologie an. Durch Bündelung des Sonnenlichts mittels Linsen auf hocheffiziente Mehrfachsolarzellen aus III-V Verbindungshalbleitern werden sehr hohe Wirkungsgrade erreicht. Die Institute der Fraunhofer-Energieforschung decken dabei alle Aspekte von der Solarzelle über das Modul bis hin zur Optimierung des Gesamtsystems ab. Hierfür setzen wir unsere Expertise in den Bereichen Optik, Aufbau und Verbindungstechnik sowie in der theoretischen Modellierung und im Moduldesign ein. Unser Portfolio richtet sich so an ein großes Spektrum an Unternehmen, die PV-Systeme mit geringer bis sehr hoher optischer Konzentration entwickeln. Zudem gehört die Evaluation der spezifischen Anforderungen an den Einsatz von Konzentrator-Photovoltaik vor Ort innerhalb und außerhalb Europas zu unseren Kompetenzen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE/Elisa Kaiser

micro-CPV

Innovative Fertigungstechnologien z.B. für großflächige Displays ermöglichen die kostengünstige Herstellung von Einheiten aus tausenden verschalteten Halbleiterbauelementen durch...

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© Fraunhofer ISE

QuintuMod

Das Vorhaben »QuintuMod« strebt die Entwicklung und Optimierung von zuverlässigen, kosteneffektiven und hocheffizienten CPV-Modulen an. In der konzentrierenden Photovoltaik (CPV) werden...

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HIPERION

Ziel des Projektes ist die Industrialisierung eines innovativen hybriden PV/CPV Moduls. Dabei werden die Vorteile der konzentrierenden mit denen der herkömmlichen Silicium PV kombiniert.

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Modultechnologien

Modultechnologie verwandelt Solarzellen in ein beständiges Produkt für den sicheren Betrieb in PV-Kraftwerken. Die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft verfügen über eine umfassende Laborinfrastruktur. Kunden steht eine große Bandbreite an modernen Prozess- und Analyseplattformen für die Verschaltung und Lamination von Solarzellen zur Verfügung, insbesondere zur Materialerprobung sowie zur Produkt- und Prozessentwicklung. Darüber hinaus unterstützen wir bei der Qualifikation von Materialien und bieten umfassende Analysen von Degradations- und Schadensfällen an. Höchste Präzision bietet auch unser akkreditiertes Kalibrierlabor. Im Sinne des One-Stop-Shops bieten wir Dienstleistungen und Produktentwicklungen entlang der gesamten PV-Wertschöpfungskette aus einer Hand.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Fraunhofer ISE

CTS1000+ – Mehr Energie pro Zellleistung

Stand der Technik sind Verfahren, um aus einer gegebenen Zellleistung eine maximale Modulleistung unter Laborbedingungen zu erzielen. 

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© Fraunhofer CSP

E2 – E-Quadrat

Das Projekt »E2 – E-Quadrat« entwickelte und testete zusammen mit der NOVO-TECH GmbH Materialien für Solarmodule, die eine hohe Langzeitzuverlässigkeit gegenüber sämtlichen Witterungseinflüssen besitzen und vollständig recyclebar sind. 

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PV-Systeme und Kraftwerke 

Beim Einsatz der Module in Photovoltaik-Kraftwerken analysieren und beraten Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Gesellschaft in jeder Phase eines Projekts: von der Entwicklung über die Umsetzung und Beschaffung bis hin zur Inbetriebnahme und dem laufenden Betrieb. Auf diese Weise gewährleisten wir eine umfassende Qualitätssicherung für PV-Kraftwerksprojekte. Neben der klassischen Nutzung in Kraftwerken bietet die integrierte Photovoltaik neue Einsatzfelder für Photovoltaik. Neben der immer stärker gefragten bauwerkintegrierten Photovoltaik entwickeln sich durch innovative Technologien, wie sie bei der Integration in Fahrzeugen und Verkehrswegen eingesetzt werden, zukunftsträchtige Märkte. Konzepte wie die Agri-Photovoltaik und schwimmende Photovoltaik bieten mit innovativen Flächennutzungskonzepten neue Perspektiven hinsichtlich der regenerativen Energieversorgung in Deutschland und der ganzen Welt.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

© Pohlen Solar GmbH

OptOM

Im Projekt »OptOM« entwickeln die Pohlen Solar GmbH, Centroplan GmbH, Mondas GmbH und das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE neue Methoden zur intelligenten Überwachung von PV-Kraftwerken.

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© badenova, Albert Josef Schmidt

PV20plus

Das Projekt »PV20plus« unterstützt Betreiber von PV-Anlagen, die nach 20 Jahren aus der EEG-Vergütung fallen, bei der Entscheidung für einen nachhaltigen und rentablen Weiterbetrieb.

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© Fraunhofer ISE

STEWART

Nachhaltige und kosteneffiziente Photovoltaik-Technologie ist entscheidend für eine vollständig dekarbonisierte Energieerzeugung, den europäischen Green Deal und eine erfolgreiche Energiewende.

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