Monokristalline Solarzellen

Solarzellentypen - Wirkungsgrad Solarzellen

In technischen Anwendungen finden drei verschiedene Arten von Solarzellen ihren Einsatz. Mono- und Polykristalline Solarzellen sowie Dünnschichtzellen

 

    • Monokristalline Solarzellen
    • Polyklristalline Solarzellen
    • Dünnschichtzellen

 

Die an Solarzellen erzeugte Spannung ist abhängig vom Halbleitermaterial. Bei Silizium beträgt sie etwa 0.5 V.

 

Monokristalline Solarzellen

Monokristalline Solarzellen werden aus runden Einkristallen (Ingots) mit 30 cm Durchmesser und mehreren Metern Länge z.B. nach dem Czochralski Verfahren hergestellt. Durch Abfasen der Einkristalle entstehen quadratische bzw. semiquadratische Stangen aus denen Wafer mit ca. 300µm Schichtdicke produziert werden. Der Wirkungsgrad monokristalliner Zellen liegt zwischen 14% und 18%.

 

Polykristalline Solarzellen

Polykristalline Solarzellen aus Siliziumblöcken (40cm x 40cm x 30cm) im sogenannten Blockgießverfahren hergestellt. Die Kristalle unterschiedlicher Orientierung lassen sich an der Oberfläche der Solarzellen gut erkennen.

Die Blöcke werden zu Stängen und dann zu 300µm dicken Wafern verarbeitet.

Der Wirkungsgrad monokristalliner Zellen liegt zwischen 12% und 16%.

 

Dünnschichtzellen (Dünnschichtsolarzellen)

Bei der Herstellung von Dünnschichtzellen werden photoaktive Halbleiter als dünne Schichten auf ein Trägermaterial aufgedampft. Dies geschieht bei Temperaturen von < 250°C. Als Träger Material kommen Glas, Kunststoff und Metall zum Einsatz. Das gängigste Material für Dünnschichtzellen ist amorphes Silizium (a-Si = amorphe Siliziumzellen, darunter gibt es Einfach-, Tandem- und Triplezellen - a-Si/μ-Si = Mikromorphe Zellen, Stapelzellen mit amorphen und mikrokristallinen Schichten). Weitere Halbleiter-Materialien sind Gallium-Arsenid (GaAs), Cadmium-Tellurid (CdTe) (Info zu CdTe der TU Darmstadt) oder Kupfer-Indium-(Gallium)-Schwefel-Selen-Verbindungen, die so genannten CI(G)S-Zellen.

 

In der Leistungsangabe des Herstellers ist die hohe Anfangsdegradation (bis 20% in den ersten Betriebsmonaten) berücksichtigt. Danach fällt die Degradation beispielsweise bei CdTe auf ca. 0,5 - 1,5 %/a (Quelle : Photovoltaik Heft 3/2010).

 

Der Wirkungsgrad dieser Solarzellen liegt zwischen 6% und 8% (CIS-Zellen bis 12%). Im Labor werden bereits höhere Wirkungsgrade der CIS-Zellen erreicht (siehe Übersicht).

Wirkungsgrad Solarzellen

Die Wirkungsgrade der unterschiedlichen Typen geben den Stand der Technik (2008/9) wieder und sind teilweise noch nicht am Markt erhältlich.

 

Wirkungsgrad Massivzellen

 

    • monokristallines Silizium bis 25%
    • polykristallines Silizium bis 20%

 

Wirkungsgrad Dünnschichtzellen

 

    • amorphes Silizium bis 10%
    • CdTe (Cadmiumtellurid) bis 16%
    • CIS/CIGS (Verbindungen aus Kupfer Indium Gallium Selen) bis 20%
    • nanokristallines Silizium bis 10%
    • mikro-/polykristallines Silizium bis 10%
    • Polymere bis 5%