Solarzellen basierend auf III-V-Materialien sind derzeit der Standard für die Stromproduktion im Weltraum. Ihre hohen Kosten und ihre begrenzte Verfügbarkeit stellen jedoch erhebliche Einschränkungen für kommerzielle Missionen dar, insbesondere für Satelliten in der erdnahen Umlaufbahn (LEO). Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE hat nun zusammen mit dem US-amerikanische Unternehmen Source Energy Solarzellen auf der Basis von Silizium für Weltraumanwendungen entwickelt, die zu deutlich geringeren Kosten gefertigt werden können, als es mit der III-V-Standardtechnologie möglich ist.
Die Module mit den Siliziumzellen 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 – einzelne Module erreichten 16,1 Watt– bei einem durchschnittlichen Wirkungsgrad von 18,8 Prozent (AM0 bei 25 °C). Mit einer spezifischen Leistung von 252 Watt pro Kilogramm ist das Modul laut Fraunhofer ISE damit wettbewerbsfähig mit anderen Siliziummodulen seiner Klasse.
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. Die automatisierte Fertigung mit einem Schindel-Matrix-Stringer der Firma M10 Solar Equipment GmbH ermöglicht Source Energy eine Produktlieferung in weniger als sechs Monaten ab Bestellung.
Nach erfolgreicher Prototypenphase im Module-TEC des Fraunhofer ISE in Freiburg installierte Source Energy die Anlage im Juni 2026 in der eigenen Fertigung in Colorado. »Als Herzstück der Produktion ermöglicht sie uns PV-Module für unter fünf Dollar pro Watt herzustellen«, sagt Bryan Mazor, CTO bei Source Energy. »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.«
»Drei Eigenschaften machen die Schindel-Matrix Verschaltung perfekt für den Weltraum«, erklärt Najwa Abdel Latif, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. »Die Resilienz gegenüber punktuellen Schäden durch Einschläge kleiner Objekte im Weltraum, die Flexibilität im Layout und die Toleranz gegenüber extremen Temperaturunterschieden.«
Source Energy unterzog die neu entwickelten Module laut Fraunhofer ISE umfassenden Weltraumqualifikationstests und bestätigte, dass es die 25-Prozent-Qualifikationsschwelle für Weltraumanwendungen einhält: Nach sieben Jahren Betrieb im Weltraum können für die Module 76 Prozent ihrer ursprünglichen Leistungsabgabe erwartet werden.
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