Was ist eine Solarzelle?
Eine Solarzelle ist das kleinste funktionsfähige Element einer Photovoltaikanlage. Sie wandelt Sonnenenergie mittels desphotovoltaischen Effektsdirekt in elektrischen Gleichstrom um. Mehrere Solarzellen werden zu Solarmodulen zusammengefasst.
Funktionsweise der Solarzelle
Der photovoltaische Effektin einer Solarzelle basiert auf einem p-n-Übergang im Silizium-Halbleiter:
Der p-n-Übergang
p-dotierte Schicht
Mit Bor dotiert → Elektronenmangel (positive Löcher)
n-dotierte Schicht
Mit Phosphor dotiert → Elektronenüberschuss (negative Ladung)
Stromerzeugung
Aufbau einer kristallinen Solarzelle
Frontkontakt (Silberfingers)
Dünne Silberlinien sammeln den Strom - nur 2% der Oberfläche
Antireflexschicht
Siliziumnitrid reduziert Reflexionsverluste auf <3%
n-dotierte Schicht
Dünne phosphordotierte Schicht mit Elektronenüberschuss
p-dotierte Basis
Hauptkörper der Zelle aus bordotiertem Silizium
Rückkontakt
Vollflächige Aluminiumschicht mit Silbersammelbahnen
Typen von Solarzellen
Monokristalline Zelle
Aus einem einzigen Silizium-Kristall
Polykristalline Zelle
Aus mehreren Silizium-Kristallen
Amorphe Zelle
Dünne Siliziumschicht ohne Kristallstruktur
Wichtige Leistungsparameter
Elektrische Kennwerte
Leistung unter Standardbedingungen
Leerlaufspannung einer Zelle
Kurzschlussstrom einer Zelle
Verhältnis von max. zu theoretischer Leistung
Umwelteinflüsse
Leistungsverlust bei Erwärmung:
Wirkungsgrad bei 200 W/m²:
Leistungsabnahme pro Jahr:
Innovative Zelltechnologien
PERC-Zellen
Passivierte Rückseite für höhere Effizienz
Half-Cut Zellen
Halbierte Zellen reduzieren Widerstände
IBC-Zellen
Interdigitated Back Contact - alle Kontakte auf der Rückseite
Heterojunction-Zellen
Kombination kristallin/amorph
Bifaziale Zellen
Lichtaufnahme von beiden Seiten
Perowskit-Tandem
Schichtung verschiedener Materialien
Herstellung von Solarzellen
Die Herstellung einer Solarzelle ist ein hochpräziser Prozess mit mehreren kritischen Schritten:
Wafer-Vorbereitung
Reinigung und Texturierung der Silizium-Scheiben
Dotierung
Einbringen von Phosphor (n-Schicht) durch Diffusion
Kantenisolation
Entfernung der n-Schicht an den Kanten
Antireflexschicht
Aufbringen von Siliziumnitrid per PECVD
Metallisierung
Siebdruck der Silber-Kontakte (Front) und Aluminium (Rück)
Einbrennen
Hochtemperatur-Prozess für gute Kontakte
Effizienz und Verlustmechanismen
Verlustmechanismen
Theoretische Grenzen
Theoretisches Maximum für Silizium-Einzelzellen
Interdigitated Back Contact Zelle
PERC und Heterojunction Zellen
Zukunft der Solarzellentechnologie
Die Zukunft gehört Tandem-Solarzellen mit Perowskit-Schichten(>30% Wirkungsgrad), flexiblen organischen Zellen für neue Anwendungen undintegrierten Lösungen mit eingebauter Leistungsoptimierung.Silizium bleibt dabei die kostengünstige Basis-Technologie.