Definition Solarzellenarten Herstellung Funktionsprinzip 5. Versuch zur Solarzelle 6. Quellen
Was ist eine Solarzelle?
= Eine Solarzelle (oder photovoltaische Zelle) ist ein elektrisches Bauteil, das kurzwellige Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandelt.
2. Solarzellenarten
Siliziumzellen Dickschicht Monokristalline Siliziumzellen (Wirkungsgrad über 20%; Herstellung erfordert allerdings einen hohen Energieeinsatz) Polykristalline Siliziumzellen (Wirkungsgrad bis 16%)
Monokristalline Solarzellen
Abbildung 1
Polykristalline Solarzellen
Abbildung 2
Dünnschicht Amorphes Silizium (Wirkungsgrade zwischen 5 und 7%) Kristallines Silizium wird oft in Kombination mit amorphem Silizium eingesetzt (Tandemzellen) und erreicht so höhere Wirkungsgrade (bis 10%) Abbildung 3
III-V-Halbleiter-Solarzellen GaAs-Zellen haben hohe Wirkungsgrade sehr gute Temperaturbeständigkeit sehr teuer in der Herstellung Abbildung 4
II-VI-Halbleiter-Solarzellen CdTe-Zellen Wirkungsgrade bei 10% Günstig herstellbar Abbildung 5
I-III-VI-Halbleiter-Solarzellen CIS-, SIGS-Solarzellen Wirkungsgrad zwischen 10 und 12% Abbildung 6
Organische Solarzellen Wirkungsgrad von 8% Recht kurze Lebensdauer Abbildung 7
Farbstoffzellen/ Grätzel-Zellen Nutzen organische Farbstoffe zur Umwandlung (lehnt an Photosynthese an) Wirkungsgrade von über 10% Abbildung 8
3. Herstellung
Silizium ist das zweithäufigste chemische Element Quarzsand Hochofen Rohsilizium Durch einen mehrstufigen Trichlorsilan (HSiCl3) basierenden Prozess wird polykristallines Reinstsilizium hergestellt
Reinstsilizium wird unterschiedlich weiterverarbeitet Verfahren für polykristalline Zellen: Gießverfahren Bridgman-Verfahren Kantenbegrenzte Bandziehverfahren Verfahren für monokristalline Zellen: Czochralsky-Verfahren
1. Blockgussverfahren
Reinstsilizium wird in einem Tiegel mit Hilfe einer Induktionsheizung aufgeschmolzen Dann in eine quadratische Wanne gegossen Langsames Abkühlen damit entstehen möglichst große Kristallite entstehen Block wird in mehrere kleine Blöcke zerteilt
2. Bridgman-Verfahren
Reinstsilizium wird ebenfalls im Tiegel aufgeschmolzen Langsame Abkühlung im selben Tiegel Geheizte Zone wird von unten nach oben angehoben Oben befindet sich dann flüssiges Silizium, vom Tiegelboden her erfolgt Erstarren Danach Brikettieren
Flüssiges Reinstsilizium wird aus einer elektrisch beheizten Graphitwanne zu achteckigen Röhren nach oben gezogen Röhre wird dann mit Lasern in Scheiben geschnitten
4. Czochralsky-Verfahren
An einem langsam rotierendem Metallstab wird ein Impfkristall befestigt Wird dann von oben mit der Spitze in die Siliziumschmelze eingetaucht Diese schmilzt dann zu einer homogenen Grenzschicht zwischen der Schmelze und dem festen Teil des Impfkristalls Grenzschicht erstarrt Metallstab wird langsam nach oben gezogen
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