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Solarzell-Typen

• Siliziumzellen

  Bei Siliziumzellen unterscheidet man zwischen Dick- und Dünnschichtzellen, welche man nochmals in verschiedene Herstellungsweisen unterscheidet.

  Zur Herstellung von Dickschichtzellen werden 0,3mm dünne Scheiben aus einem Siliziumblock gesägt. Man unterscheidet hier zwischen zwei Verfahren. Beim ersten werden die Scheiben aus einem einzigen Kristall gesägt. Man nennt diese monokristalline Solarzellen. Sie erreichen einen Wirkungsgrad von 13%-16%
  Beim zweiten Verfahren lässt man flüssiges Silizium erstarren, und erhält so eine Eisblumenform. Solarzellen die aus einem solchen Block gesägt wurden nennt man polykristalline Solarzellen. Sie haben einen Wirkungsgrad von 12%-14%

  Dünnschichtzellen sind weit kostengünstiger in der Herstellung, da nur sehr wenig Halbleitermaterial gebraucht wird. Die Halbleiterschicht wird bei diesem Verfahren auf eine Glasscheibe aufgedampft und mit einer zweiten verdichtet. Dieser Solarzellentyp wird hauptsächlich bei Taschenrechnern u.ä. verwendet. Der Wirkungsgrad liegt bei ca. 9%

  
  Skizze einer Silizium-Solarzelle

  Eine klassische Silizium-Solarzelle besteht aus einer 0,001 mm dünnen n-Schicht, welche sich auf einer ca. 0,6 mm dicken p-Schicht befindet. Den Übergang der n-Schicht in die p-Schicht nennt man Raumladungszone. In die obere Schicht werden 5-werige Phosphoratome in das 4-wertige Silizium eingebracht, das dadurch n-dotiert wird (es ist elektrisch neutral, hat aber zusätliche, relativ frei bewegliche Valenzelektronen). In die untere Schicht werden 3-wertige Boratome in das 4-wertige Silizium eingebracht, das so p-dotiert wird. (elektrisch neutral, aber es entstehen, relativ frei bewegliche, positive Löcher, die für das 4.Valenzelektron aufgehoben wurden). In der Raumladungszone verschieben sich nun die freien Elektronen in die Löcher.

  Wenn nun ein Photon(Lichtteilchen) auf eine solche Elektron-Loch-Verbindung, schubst es das Valenzelektron. Das Elektron bewegt sich nun zum Metallkontakt an der n-dotierten Schicht und das Loch bewegt sich zum Metallkontakt an der p-dotierten Schicht. Spannung entsteht.

• III-V-Halbleiterzellen

  Sie benutzen als Halbleiter nich Silizium, sondern Verbindungen aus Elementen der dritten und fünften Hauptgruppe. III-V-Halbleiter Solarzellen haben einen hohen Wirkungsgrad(bis 30%), sind sehr temperaturbeständig und robust gegen UV-Strahlung, aber auch seh teuer in der Herstellung. Daher werden die eigentlich nur in der Raumfahrt und bei Konzentratorzellen.

• Konzentratorzellen

  Das Sonnenlicht wird durch Linsen auf eine kleine Fläche gebündelt,
  an der drei oder mehr III-V-Halbleiterzellen übereinander liegen, die unterschiedliche Sonnenstrahlen aufnehmen. Dadurch kann eine höhere Leistung erziehlt werden. Diese Solarzellen haben einen Wirkungsgrad von bis zu 40%
  Allerdings müssen sie in Richtung Sonne ausgerichtet werden.

• Organische Solarzellen

  Diese Solarzellen werden aus Kohlenwasserstoff-Verbindungen(Kunststoffen) hergestellt, die halbleitene Eigenschaften haben. Diese sind zwar bei der Herstellung sehr kostengünstig, hab aber auch nur einen Wirkungsgrad von ca. 5% und eine sehr kurze Lebensdauer (ca.200 Tage). Da diese Technologie sehr neu ist und sich noch in der Entwicklung befindet, sind sie noch nicht kommerziell erhältlich.

• Elektrochemische Farbstoff-Solarzelle

  Dieser Solarzelltyp wird auch Gräzel-Zelle genannt. Der Strom wird durch die Lichtabsorbtion eines Farbstoffes gewonnen. Als Farbstoff werden hauptsächlich Komplexe des Metalls Ruthenium verwendet. Als Halbleiter verwendet man Titandioxid. Liefert einen Wirkungsgrad von ca.10%