Was ist Silizium?
Silizium (Si) ist das zweithäufigste Element der Erdkruste und das wichtigste Halbleitermaterial für die Photovoltaik. Es bildet das Herzstück von über 95% aller Solarzellen weltweit und ermöglicht die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrischen Strom.
Halbleiter-Eigenschaften
Silizium ist ein Halbleiter, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern (Metalle) und Isolatoren liegt. Diese besondere Eigenschaft macht es ideal für die Photovoltaik:
- • Bandlücke von 1,12 eV - optimal für das Sonnenlichtspektrum
- • Kristalline Struktur ermöglicht geordneten Elektronenfluss
- • Kann durch Dotierung mit anderen Elementen modifiziert werden
- • Stabil und langlebig unter verschiedenen Umweltbedingungen
Silizium-Typen in der Photovoltaik
Monokristallines Silizium
Höchste Effizienz (20-22%), aus einem einzigen Kristall
Polykristallines Silizium
Gute Effizienz (15-18%), aus mehreren Kristallen
Amorphes Silizium
Niedrigere Effizienz (6-10%), flexibel und dünn
Vom Quarzsand zur Solarzelle
Die Transformation von Quarzsand zu hochreinem Solarsilizium ist ein komplexer Prozess:
Quarzsand-Reduktion
SiO₂ wird bei 2000°C zu metallurgischem Silizium reduziert
Reinigung
Chemische Verfahren entfernen Verunreinigungen (99,9999% Reinheit)
Kristallzucht
Czochralski- oder Float-Zone-Verfahren für Einkristalle
Wafer-Herstellung
Dünne Scheiben (150-200 μm) werden gesägt
Dotierung für den p-n-Übergang
Für die Funktion einer Solarzelle wird reines Silizium gezielt mit anderen Elementen verunreinigt (dotiert):
n-dotiert (negativ)
Zusatz von Phosphor oder Arsen mit 5 Valenzelektronen. Überschüssige Elektronen als Ladungsträger.
p-dotiert (positiv)
Zusatz von Bor mit 3 Valenzelektronen. Fehlende Elektronen (Löcher) als Ladungsträger.
Vorteile von Silizium
Zukunft der Silizium-Technologie
Die Silizium-Photovoltaik entwickelt sich stetig weiter:
- • Heterojunction-Technologie (HJT): Kombination kristallin/amorph für höhere Effizienz
- • PERC-Zellen: Passivierte Rückseite für bessere Lichtausbeute
- • Bifaziale Module: Nutzung von Rück- und Vorderseite
- • Tandem-Zellen: Kombination mit Perowskit für über 30% Wirkungsgrad