Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS
Die Photovoltaik befindet sich im Umbruch: Neben Silizium-Solarzellen gewinnen neue Konzepte wie Tandemzellen, innovative Verbindungstechnologien und funktionalisierte Glasoberflächen an Bedeutung. Sie eröffnen große Potenziale für höhere Wirkungsgrade und geringere Kosten, stellen die Branche jedoch auch vor neue Herausforderungen – etwa bei Zuverlässigkeit und Alterungsbeständigkeit. Um diese zu meistern, werden im Projekt »MeDiaSo« am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) modernste Metrologie-, Diagnostik- und Datenanalyseverfahren entwickelt. Ziel ist eine verlässliche Qualitätsbewertung entlang der gesamten Wertschöpfungskette.
Das Projekt »Metrologie, Diagnostik und Datenanalytik für Solarzellen, Verbindungstechnologien und PV-Gläser (MeDiaSo)« befasst sich mit den technologischen Herausforderungen der nächsten Photovoltaik-Generation in den Bereichen Solarzell-Metrologie, Niedertemperatur-Verbindungstechnologien und PV-Glasbeschichtungen. Am Fraunhofer CSP werden hierfür innovative Mess- und Diagnostikmethoden entwickelt, um die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit moderner Solarzellen, Module und Materialien realitätsnah zu bewerten.
Im Bereich der Solarzell-Metrologie arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, die Grenzen bisheriger Messmethoden zu überwinden. Während klassische schnelle Inline-Messungen zunehmend fehlerbehaftet sind, weil moderne Zelltechnologien wie Heterojunction- oder Tandemzellen ein starkes Hysterese- und Dynamikverhalten zeigen, sollen im Projekt angepasste Mess- und Datenanalyseverfahren entwickelt werden. Diese Verfahren quantifizieren Messfehler, optimieren Inline-Metrologien für industrielle Durchsätze und verknüpfen Messdaten mit realistischen Energieertragsprognosen. Damit wird eine wichtige Brücke von der Labormesstechnik in die Produktionsumgebung geschlagen.
Im Bereich der Verbindungstechnologien wird im Projekt der Einsatz von leitfähigen Niedertemperaturklebern (ECAs) als bleifreie Alternative zur etablierten Löttechnik untersucht. Die mechanische Haftfestigkeit, die elektrische Leitfähigkeit sowie das Alterungsverhalten dieser Verbindungen werden in Prüfsequenzen, beschleunigten Alterungstests und Umweltbelastungen untersucht. Ziel ist es, belastbare Mess- und Bewertungsverfahren bereitzustellen, die eine zuverlässige Qualifizierung neuer Verbindungsmaterialien ermöglichen.
Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Bewertung von Glasbeschichtungen für PV-Module. »Da Glasoberflächen und ihre Funktionalisierung entscheidend für Lichtmanagement, Selbstreinigung und Langlebigkeit sind, wollen wir neue Testmethoden zur Funktionsbewertung und Lebenszyklus-Zuverlässigkeits-Vorhersage entwickeln. Hierzu simulieren wir reale Umweltbedingungen wie Regenmengen, Soilingraten oder Strahlung und kombinieren diese mit spezifischen Labortests«, erklärt Manuel Meusel, Projektleiter am Fraunhofer CSP. Besonders innovativ ist der eigens entwickelte Beregnungstest, mit dem Selbstreinigungseffekte und die Stabilität photokatalytischer Schichten untersucht werden können.
Ergänzend werden am Fraunhofer CSP datenanalytische und machine-learning-basierte Verfahren erforscht, um Messfehler zu reduzieren, Prozessparameter zu optimieren und Produktionsprozesse in Richtung einer digitalisierten Fertigung weiterzuentwickeln.
2. Oktober 2025