Solarzellen - die verschiedenen Arten



 Die Solarzellen sind das Kernelement der gesamten Photovoltaiktechnik. Derzeit haben die Solarzellen noch den großen Nachteil, dass die relativ teuer in der Produktion sind und zudem einen relativ geringen Wirkungsgrad erreichen, der bei maximal rund 20 Prozent liegt. Mit dem Wirkungsgrad wird der Anteil bezeichnet, der aus der gelieferten Energie, also in diesem Fall den Sonnenstrahlen, zur Produktion von elektrischer Energie „übrig“ bleibt. Ein Wirkungsgrad von 20 Prozent bedeutet also, dass nur etwa ein Fünftel der auf die Erde treffenden Sonnenstrahlen dann auch zur Produktion des Stroms verwendet werden können. Allerdings entwickelt sich die Technik in diesem Bereich deutlich weiter, was vor allen Dingen mit der Herstellung neuer Arten von Solarzellen zu tun hat. Derzeit gibt es drei Hauptzellarten, die sich vom Aufbau bzw. von ihren zugrunde liegenden Materialien her unterscheiden.

Die monokristallinen Solarzellen


Grundsätzlich werden zunächst einmal alle Arten von Solarzellen aus kristallinem Silizium hergestellt, welches im Quarzsand enthalten ist. Nach der Reinigung wird dann das Silizium in so genanntes Kristallstruktur-Silizium umgewandelt. Die Solarzelle besteht aus zwei Schichten dieses kristallinen Siliziums, wobei sich an den Grenzflächen dieser Schichten dann ein elektrisches Feld bildet. 

Zwischen den angebrachten Metallkontakten fließt dann schließlich der Strom, der durch die Sonneneinstrahlung erzeugt wird. Bei den monokristallinen Solarzellen handelt es sich um die älteste Form der Solarzellen, die bereits Ende der 50er Jahre in der Raumfahrt eingesetzt wurden. Optisch kann man diese Solarzellen in erster Linie an der flachen Oberfläche, der ebenen Struktur und am dunklen Äußeren (schwarz oder anthrazit) erkennen. Die monokristallinen Kristalle werden auch als Einkristalle bezeichnet und besitzen einen für Solarzellen recht hohen Wirkungsgrad von rund 20 Prozent. Der Nachteil besteht allerdings darin, dass die Herstellung dieser Art von Solarzellen mit sehr hohem Energieaufwand verbunden ist, was die Solarzellen relativ teuer macht.

Die polykristallinen Solarzellen


Im Gegensatz zu den monokristallinen Solarzellen werden die polykristallinen Solarzellen so hergestellt, dass das Silizium in Blöcke gegossen und anschließend in so genannte Wafer zersägt wird. Vom Optischen her sind diese Solarzellen deutlich „grobkörniger“ und von der Farbe her sind diese Zellen meistens blau schimmernd, ähnlich wie man es in etwa von Eiskristallen gewohnt ist. Der Wirkungsgrad der mittlerweile in rund 50 Prozent aller genutzten Solaranlagen verbauten Solarzellen ist um rund 2-3 Prozent geringer als bei den monokristallinen Solarzellen. Andererseits sind dafür jedoch die Kosten für die Produktion dieser Solarzellen aufgrund des geringeren Energiebedarfs niedriger.

Die Dünnschichtzellen


Die dritte Hauptart von Solarzellen sind die Dünnschichtzellen, die auch als amorphe Solarzellen bezeichnet werden. Diese Solarzellen zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie deutlich dünner sind als die mono- oder polykristallinen Solarzellen, und zwar etwa um ein 100-faches. Von der Herstellung her wird zunächst ein Trägermaterial benötigt, meistens wird hier Glas verwendet. Im Folgenden werden Silizium oder auch andere Materialien wie etwa Cadmiumtellurid auf das Trägermaterial in extrem dünnen Schichten aufgedampft oder alternativ auf das Trägermaterial aufgesprüht. Dabei haben die Schichten eine Dicke von unter 1 Nanometer, während ein Menschenhaar beispielsweise zwischen 60 und 90 Nanometer dick ist. Der große Vorteil der amorphen Dünnschichtzellen liegt in der sehr günstigen Produktion, da relativ wenig Material eingesetzt werden muss. Der Marktanteil diese günstigen Solarzellen steigt stetig an und viele Experten sind der Meinung, dass den Dünnschichtzellen bezüglich der Photovoltaik Technik die Zukunft gehört. Ein Nachteil besteht derzeit allerdings noch beim relativ geringen Wirkungsgrad, der mit rund 11 Prozent fast nur halb so groß wie bei den monokristallinen Solarzellen ist. 




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