Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojekts arbeiten JOANNEUM RESEARCH–Materials und NanoTecCenter Weiz an innovativen Ansätzen zur Erhöhung der Effizienz von Photovoltaik-Modulen. Während international bei der Solarzelle intensiv an Wirkungsgradsteigerungen geforscht wird, ist das etwa gleich große Potenzial für Effizienzsteigerungen am gesamten Modul noch wenig beachtet. Mehr als 80% der gegenwärtig produzierten Photovoltaik-Module verwenden Solarzellen, die aus Siliziumwafern gefertigt werden. Diese Solarzellen besitzen eine flächige Rückseitenmetallisierung und eine gitter- bzw. fingerförmige Vorderseitenmetallisierung.
Ein wesentlicher Teil des Sonnenlichts, das auf die Modulfläche trifft, wird nicht genutzt, da etwa 7 bis 9 % der Solarzellen-Vorderseite durch Elektroden verschattet ist und ca. 10 bis 15 % der Modulfläche aus fertigungstechnischen Gründen nicht mit Solarzellen bedeckt ist. Das bedeutet, dass in Summe die optischen Verluste etwa 20 % des auftreffenden Lichts betragen.
Mit Hilfe speziell entwickelter photonischer Strukturen will das Forschungsteam nun auch das Sonnenlicht nutzen, das auf die inaktive Modulfläche trifft. Die in das Photovoltaik-Modul eingebrachten photonischen Strukturen sollen Licht gezielt auf die aktive Solarzellenfläche lenken, um so das gesamte Modul effizienter zu machen. Ziel ist es, die optischen Verluste zu halbieren und damit die Modulleistung um 10 % bzw. die Moduleffizienz um 1,5 % zu erhöhen.
Zur Realisierung dieses Vorhabens wird mittels optischer Simulationen die Wirkung diffraktiver und refraktiver optischer Strukturen für eine gezielte Lichtlenkung im Modul evaluiert. Daraus abgeleitet sollen maßgeschneiderte Strukturen entwickelt werden. Für die Fertigung und die Integration dieser Strukturen in Testmodulen werden in der Folge unterschiedliche kostengünstige Fertigungsverfahren wie die Laserprozessierung oder das Ink-jet Drucken zur Anwendung kommen.
Schematischer Querschnitt eines Photovoltaik-Moduls mit Siliziumsolarzellen. Ohotonische Strukturen an unterschiedlichen Positionen lenken Sonnenlicht gezielt auf die aktive Solarzellenfläche.