Solarzellen spielen eine entscheidende Rolle im aufkommenden Zeitalter der erneuerbaren Energien. Sie wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um, eine Technologie, die als Photovoltaik bezeichnet wird. Dabei kommen verschiedene Materialien und Herstellungsverfahren zum Einsatz.
Grundlagen der Solarzellen
Sonnenkollektoren bestehen aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten. Diese Dotierung ist wichtig, da sie das elektrische Verhalten des Materials beeinflusst und somit die Effizienz der Energieumwandlung in der Solarzelle bestimmt.
Verwendete Halbleitermaterialien
Es gibt eine Reihe von Materialien, die in der Herstellung von Solarzellen verwendet werden können. Die häufigsten sind:
- Monokristallines Silizium
- Polykristallines Silizium
- Amorphes Silizium
- Kadmium-Tellurid (CdTe)
- Kupfer-Indium-(Gallium-)Diselenid (CIS/CIGS)
Bei weitem das gebräuchlichste Halbleitermaterial für Solarzellen ist Silizium, das in monokristalliner, polykristalliner oder amorpher Form verwendet wird. Es ist reichlich vorhanden und bietet eine gute Balance zwischen Leistung und Kosten.
Unterschiede bei der Verwendung von Halbleitern
Während Silizium-Solarzellen lediglich aus n- und p-dotiertem Silizium bestehen, verwenden CdTe- oder CIS/CIGS-Zellen verschiedene Halbleitermaterialien. CdTe-Solarzellen kombinieren die Materialien Kadmium und Tellurid, während CIS/CIGS-Zellen eine Mischung aus Kupfer, Indium, (Gallium) und Selen verwenden. Diese Materialien können den Wirkungsgrad der Solarzellen unter bestimmten Bedingungen verbessern, sind jedoch in der Regel teurer in der Herstellung.
Herstellungsprozess von Solarzellen
Der Herstellungsprozess von Solarpaneele erfolgt meist in Scheiben oder Schichten. Das dotierte Halbleitermaterial wird in dünne Scheiben geschnitten, die dann zu Solarzellen weiterverarbeitet werden. Der Prozess erfordert eine hohe Präzision und Reinheit, um sicherzustellen, dass die resultierenden Solarzellen effizient arbeiten.
Kontakte und Verdrahtung
Ein entscheidender Teil der Solarzelle ist die Verdrahtung, die den erzeugten Strom zu den Verbrauchern führt. Dafür sind metallische Kontakte erforderlich. Um das auf die Oberfläche auftreffende Licht in den Halbleiter eindringen zu lassen, bestehen die dem Licht zugewandten Kontakte aus schmalen Leiterbahnen. Diese können auf unterschiedliche Weisen angeordnet sein oder aus transparenten leitfähigen Schichten bestehen.
Auf der Rückseite der Solarzelle befindet sich eine durchgehende leitende Metallschicht, da hier kein Licht auftrifft. Diese Rückseitenkontaktierung spielt eine entscheidende Rolle bei der Sammlung und Übertragung der erzeugten Elektrizität.
Fazit
Die Technologie der Sonnenkollektoren ist eine komplexe Mischung aus Materialwissenschaft und Ingenieurwesen. Verschiedene Materialien und Herstellungstechniken führen zu unterschiedlichen Leistungsmerkmalen, die jeweils ihre Vor- und Nachteile haben. Während Silizium die am weitesten verbreitete Wahl ist, eröffnen andere Materialien wie CdTe und CIS/CIGS neue Möglichkeiten für die Leistung und Effizienz von Solarzellen. Gleichzeitig spielt der Prozess der Verdrahtung und Kontaktierung eine entscheidende Rolle in der Funktionsweise einer Solarzelle. Alles in allem bleibt die Optimierung der Solarzellentechnologie ein spannendes Feld für Forschung und Entwicklung.
