Solarzelle

Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe, die unter Zufuhr von Licht oder Warme elektrisch leitfahig werden, wahrend sie bei tiefen Temperaturen isolierend wirken. Uber 95 % aller auf der Welt produzierten Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium (Si). Silizium bietet den Vorteil, dass es als zweithaufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden und die Verarbeitung des Materials umweltvertraglich ist. Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial dotiert. Damit ist das definierte Einbringen von chemischen Elementen gemeint, mit denen man entweder einen positiven Ladungstrageruberschuss (p-leitende Halbleiterschicht) oder einen negativen Ladungstrageruberschuss (n-leitende Halbleiterschicht) im Halbleitermaterial erzielen kann. Werden zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein sogenannter p-n-Ubergang. Prinzipieller Aufbau einer kristallinen Solarzelle An diesem Ubergang baut sich ein inneres elektrisches Feld auf, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungstrager fuhrt. Uber Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Wird der aussere Kreis geschlossen, das heisst ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, fliesst ein Gleichstrom. Siliziumzellen sind etwa 10 cm ? 10 cm gross (seit kurzem auch 15 cm ? 15 cm). Eine durchsichtige Antireflexschicht dient zum Schutz der Zelle und zur Verminderung von Reflexionsverlusten an der Zelloberflache. Die an Solarzellen abgreifbare Spannung ist abhangig vom Halbleitermaterial. Bei Silizium betragt sie etwa 0, 5 V. Die Klemmenspannung ist nur schwach von der Lichteinstrahlung abhangig, wahrend die Stromstarke bei hoherer Beleuchtungsstarke ansteigt. Bei einer 100 cm? grossen Siliziumzelle erreicht die maximale Stromstarke unter Bestrahlung von 1. 000 W/m? etwa einen Wert von 2 A. Strom-Spannungs-Kennlinie einer Si-Solarzelle Die Leistung (Produkt aus Strom und Spannung) einer Solarzelle ist temperaturabhangig. Hohere Zelltemperaturen fuhren zu niedrigeren Leistungen und damit zu einem schlechteren Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad gibt an, wieviel der eingestrahlten Lichtmenge in nutzbare elektrische Energie umgewandelt wird. Je nach Kristallart unterscheidet man drei Zelltypen: monokristallin, polykristallin und amorph. Zur Herstellung von monokristallinen Siliziumzellen benotigt man hochreines Halbleitermaterial. Aus einer Siliziumschmelze werden einkristalline Stabe gezogen und anschliessend in dunne Scheiben gesagt. Dieses Herstellungsverfahren garantiert relativ hohe Wirkungsgrade. Kostengunstiger ist die Herstellung von polykristallinen Zellen. Dabei wird flussiges Silizium in Blocke gegossen, die anschliessend in Scheiben gesagt werden. Bei der Erstarrung des Materials bilden sich unterschiedlich grosse Kristallstrukturen aus, an deren Grenzen Defekte auftreten. Diese Kristalldefekte haben einen geringeren ...