Tandem-Photovoltaik auf Rekordkurs: 34,2 % Wirkungsgrad als neues Benchmark
Die Photovoltaik erlebt derzeit einen Technologiesprung, der das Potenzial hat, die Grenzen konventioneller Solarmodule neu zu definieren. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben gleich zwei Tandem-Photovoltaikmodule mit außergewöhnlichen Wirkungsgraden entwickelt – und damit neue internationale Bestmarken gesetzt.
Mit einem Modulwirkungsgrad von 34,2 Prozent bei einem III-V-Germanium-Aufbau gelang dem Team der derzeit höchste dokumentierte Wert für ein Solarmodul weltweit. Parallel dazu wurde ein III-V-Silizium-Tandemmodul mit 31,3 Prozent Effizienz realisiert – Rekord in seiner Kategorie und besonders interessant für kostensensible Anwendungen.
Warum Tandem-Photovoltaik so vielversprechend ist
Klassische Silizium-Solarzellen nähern sich ihrem physikalischen Limit von 29,4 Prozent Wirkungsgrad. Handelsübliche PV-Module liegen aktuell bei etwa 23 bis 24 Prozent. Der Spielraum für signifikante Effizienzsteigerungen innerhalb der reinen Siliziumtechnologie wird zunehmend kleiner.
Hier setzt die Tandem-Photovoltaik an: Durch die Kombination mehrerer Halbleitermaterialien – beispielsweise III-V-Halbleiter auf Silizium oder Germanium – können unterschiedliche Spektralbereiche des Sonnenlichts optimal genutzt werden. Das Resultat sind deutlich höhere Wirkungsgrade pro Modulfläche.
Gerade bei begrenzter Dachfläche, integrierten PV-Anwendungen oder im gewerblichen Umfeld mit hohem Energiebedarf pro Quadratmeter eröffnen sich damit neue Perspektiven.
34,2 % Wirkungsgrad: Weltrekord mit III-V-Germanium
Im Rahmen des Projekts „Vorfahrt“ entstand ein 833 Quadratzentimeter großes Modul mit dreifach gestapelten III-V-Germanium-Zellen. Diese wurden vom Projektpartner AZUR SPACE für den Einsatz unter terrestrischen Bedingungen weiterentwickelt. Ursprünglich aus der Raumfahrt bekannt, wurde die Technologie nun an das Sonnenspektrum auf der Erde angepasst.
Ein zusätzlicher Effizienzgewinn entstand durch eine spezielle Antireflexstruktur auf dem Modulglas. Mithilfe eines Nanoimprint-Verfahrens wurde eine mikroskopisch feine, stochastische Oberflächenstruktur erzeugt, die Reflexionsverluste minimiert. Das Ergebnis: maximale Lichtausbeute bei minimalem Energieverlust.
Solche Hochleistungsmodule schließen eine bisher bestehende Lücke zwischen klassischen Freiflächenanlagen und extrem leistungsstarken – aber teuren – Raumfahrtzellen. Für Anwendungen mit hoher Leistungsdichte pro Fläche sind sie eine echte Option.
31,3 %: III-V-Silizium als Brückentechnologie
Parallel dazu realisierte das Fraunhofer ISE im Projekt „Mod30plus“ ein 218 Quadratzentimeter großes III-V-Silizium-Modul mit 31,3 Prozent Wirkungsgrad.
Besonders bemerkenswert: Die Solarzellen wurden in einer institutseigenen Kleinserie gefertigt und für eine Verschaltung mit Schindeltechnologie optimiert. Die Basis bildet die etablierte Siliziumtechnologie – ergänzt um leistungssteigernde III-V-Halbleiter.
Damit entsteht eine technologische Brücke:
- höhere Effizienz als klassische Siliziummodule
- geringere Kostenperspektive als Germanium-Varianten
- Skalierbarkeit für industrielle Anwendungen
Für die Zukunft der hocheffizienten Dachanlagen, gebäudeintegrierten Photovoltaik (BIPV) und gewerblichen Eigenverbrauchsanlagen ist das ein entscheidender Schritt.
Was bedeutet das für den Markt?
Die Tandem-Photovoltaik zählt derzeit zu den dynamischsten Innovationsfeldern der Solarbranche. Während Wirkungsgrade jenseits der 30-Prozent-Marke vor wenigen Jahren noch Laborerfolge waren, rücken nun modulbasierte Lösungen in greifbare Nähe zur industriellen Umsetzung.
Für Betreiber von Gewerbeimmobilien, Industriehallen oder Mehrfamilienhäusern ergeben sich dadurch neue Möglichkeiten:
- Mehr Leistung pro Quadratmeter Dachfläche
- Höhere Eigenverbrauchsquoten
- Bessere Wirtschaftlichkeit bei begrenztem Raumangebot
- Perspektivisch sinkende Stromgestehungskosten durch höhere Energieausbeute
Gerade in urbanen Räumen oder bei anspruchsvollen Architekturprojekten kann die Kombination aus hoher Effizienz und kompakter Bauweise zum entscheidenden Faktor werden.
Einordnung für die Praxis
Noch handelt es sich um Forschungs- und Demonstrationsmodule. Doch die Geschwindigkeit, mit der sich die Tandem-Solarzelle entwickelt, ist bemerkenswert. Die Einbindung etablierter Industriepartner sowie die Förderung durch das Bundeswirtschaftsministerium zeigen klar: Hier wird an der nächsten Generation der Photovoltaik gearbeitet.
Für Unternehmen und Investoren im Bereich erneuerbare Energien lohnt es sich, diese Entwicklung genau zu verfolgen. Denn wer künftig auf maximale Flächeneffizienz setzt, wird an der Tandem-Photovoltaik kaum vorbeikommen.
Bei evergreen-energiesysteme.de beobachten wir technologische Durchbrüche wie diese sehr genau – denn sie geben einen Ausblick darauf, wie leistungsfähig Photovoltaikanlagen der kommenden Jahre sein werden.
