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Dicke von Solarzellen und Dünnschichtzellen

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Eingestellt 22, Aug 2011 in Photovoltaik von Anonym

Wie dick sind handesübliche kristalline Solarzellen?

Was für eine Dicke haben handesübliche Dünnschichtzellen?

   

1 Antwort

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Beantwortet 20, Dez 2011 von Christof Erban (92 Punkte)

Kristalline Solarzellen haben typischerweise eine Dicke von 0,18 - 0,2 mm. Um Material und Kosten zu sparen wird versucht die Dicke immer weiter zu reduzieren. Zu beachten ist hierbei, dass die Dicke auch Einfluß auf den Wirkungsgrad von Solarzellen hat. 1 Effekt: Die von der Lichtquelle eintreffenden Photonen werden je nach Wellenlänge unterschiedlich stark im Silizium absorbiert und dringen deshalb unterscheidlich tief in das Silizum ein. Blaues Licht wird sehr gut absorbiert, Rotes sehr schlecht. Deshalb haben aktuelle Solarzellen ein sog. BSF - back surface field - auf der Zellrückseite, an dem die roten Photonen reflektiet werden und noch einmal durch die Zelle zurückwandern. Ein Teil der Photonen wird aber dennoch nicht absorbiert und tritt an der Zellvorderseite als sog. Escape light aus der Zelle. Sprich: Je dünner die Zelle, desto höher die Wahrscheinlichkeit, dass nicht das komplette Licht absorbiert und in Strom umgewandelt wird. 2 Effekt: Das Licht wird wie oben beschrieben in unterschieldichen Eindringtiefen der Solarzelle absorbiert. Jedes Photon erzieltt dabei ein Elektron-Loch-Paar, das durch eine sog. Raumladungszone getrennt wird. Diese Raumladungszone ist meist sehr weit an der Vorderseite der Zelle positioniert. Ist nun die Position wo das rote Licht absorbiert wird zu weit von der Raumladungszone (oder auch PN Übergang) entfernt - sprich: die Zelle ist "dick" - so vereinigen sich Elekron-Loch-Paar wieder miteinander und die absorbierte Energie wird als Wärme frei. Also: Je qualitativ besser die Solarzelle bzgl. der Materialeigenschaften ist, desto eher ist die Wahrscheinlichkeit dass alle Elektron-Lochpaare auch in Strom umgewandelt werden. -> Daraus ergibt sich, dass Zellen, die einen hohen Wirkungsgrad haben sollen, eine Mindestdicke haben müssen (die Weltrekordzellen sind so um 0,25mm dick) dabei wird allerdings mehr Material als für dünne Zellen benötigt. Da die Materialkosten für die Zelle ca. 50% des Preises ausmachen muß man beide Effekte gegeneinander abwägen. Dazu kommen noch zwei weitere Argumente. 1) Dünne Zellen brechen leichter und dünne Zellen sind schwieriger zu verarbeiten. Für die Modulherstellung ist weiterhin wichtig, dass alle Zellen ungefähr gleich dick sind, da sonst die Qualität der Verlötung nicht kontinuierlich bleibt. Variiert die Dicke der Zellen zu stark ist die Temperatur der Zellen beim löten zu unterscheidlich und führt zu Verlusten. Zur Dicke von Dünnschichtzellen.  Es gibt sehr viele unterschiedlich Technologien, die alle unter Dünnschcihtzellen zusammengefast werden.  Amorph, CIS, CdTe, GaAs, dazu kommt noch, dass einige Technologien als Tandem- oder Tripllezellen - also mehrere Zellen hintereinander - hergestellt werden. Die Zelldicken variieren also z.T. sehr stark. Sie liegen aber ungefähr im Bereich von 0,0002 bis 0,04 mm. Sind also wesentlich dünner als kristalline Zellen.

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