Fraunhofer ISE hat mit US-Partner kostengünstige Photovoltaik-Module für den Weltraum entwickelt

Solarzellen für den Einsatz im Weltraum arbeiten heute in der Regel mit den sogenannten III-V-Materialien – die allerdings sehr teuer und zudem nur begrenzt verfügbar sind. Das ist gerade für kommerzielle Missionen ein Problem, etwa für Satelliten in erdnahen Umlaufbahnen.

Das Fraunhofer-Institut für Solar Energiesysteme (ISE) hat nun zusammen mit dem US-Unternehmen Source Energy Silizium-basierte Photovoltaik-Module für den Weltraum entwickelt, die den auf der Erde eingesetzten Produkten ähneln und damit sehr kostengünstig sind.

Die neuen Module sind kompakt und leicht: Sie wiegen 64 Gramm und haben eine Fläche von 629 Quadratzentimetern (321 mal 209 Millimeter). Die durchschnittliche Leistung der Prototypen betrug 15,6 Watt, bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18,8 Prozent, gemessen nach dem für Weltraum-Photovoltaik gängigen Prüfstandard AM0 und einer Temperatur von 25 Grad. Die spezifische Leistung beträgt 252 Watt pro Kilogramm.

Partner setzen auf die Schindel-Matrix-Verschaltung

Verschaltet werden die Silizium-Solarzellen mit der Schindel-Matrix-Technologie. Die einzelnen Solarzellen werden in Streifen geschnitten und leicht überlappend sowie versetzt zueinander wie in einem Mauerwerk angeordnet. Ein elektrisch leitfähiger Klebstoff verbindet die Solarzellen.

Der Maschinenbauer M10 Solar Equipment hat einen industriellen Stringer für die Schindel-Matrix-Technologie entwickelt. Nach erfolgreicher Prototypenphase im Fraunhofer ISE in Freiburg installierte Source Energy die Anlage im Juni 2026 in der eigenen Fertigung in Colorado.

Nach Angaben von Bryan Mazor, CTO bei Source Energy, konnte sein Unternehmen damit Photovoltaik-Module für weniger als fünf US-Dollar pro Watt herstellen. „Der automatisierte Fertigungsprozess macht uns nicht nur kostengünstiger, sondern auch deutlich schneller als dies derzeit bei III-V-PV-Produkten für den Weltraum der Fall ist“, sagt Mazor.

Design macht Solarmodule robust für den Weltraum

Fraunhofer-ISE-Projektleiterin Najwa Abdel Latif nennt drei Eigenschaften, die die Schindel-Matrix Verschaltung perfekt für den Weltraum machen: „Die Resilienz gegenüber punktuellen Schäden durch Einschläge kleiner Objekte im Weltraum, die Flexibilität im Layout und die Toleranz gegenüber extremen Temperaturunterschieden.“

Wird das Solarmodul beispielsweise durch einen kleinen Meteoriten oder Weltraummüll beschädigt, ermöglicht die Matrixanordnung der Solarzellen, dass der Strom um den beschädigten Bereich herumfließt. Gleichzeitig lassen sich die Reihen und Spalten der Solarzellen im Layout je nach Spannungs- und Strombedarf des Satelliten flexibel anpassen.

„Die Schindel-Matrix -Technologie ist mit Wafer-basierten Solarzellen mit Vorder- und Rückseitenkontakt wie beispielsweise PERC oder Silizium-Heterojunction kompatibel, ohne dass die Produktionslinie angepasst werden muss“, sagt Abdel Latif. „Dank des Niedertemperatur-Verbindungsverfahrens wird es auch mit der Zukunftstechnologie Silizium-Perowskit-Tandem keine Probleme geben.“

Erst einmal auf Mission, ist für die Photovoltaik-Module eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen große Temperaturunterschiede entscheidend. Die Fraunhofer-Forscher haben daher für die Modulentwicklung Werkstoffe ausgewählt, die ihre Leistung unter diesen Bedingungen erfolgreich aufrechterhalten können.

Source Energy hat die neu entwickelten Module umfassenden Tests unterzogen. Dabei zeigte sich, dass sie die 25-Prozent-Qualifikationsschwelle für Anwendungen im Weltraum einhalten: Nach sieben Jahren Betrieb im Weltraum können für die Module 76 Prozent ihrer ursprünglichen Leistung erwartet werden.