Typen von Solarzellen
Solarzellen können aus verschiedenen Materialien und durch unterschiedliche Methoden hergestellt werden, doch alle Solarzellen vereinen das gleiche Grundprinzip: die Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie. Zu den verschiedenen Typen von Solarzellen gehören:
Monokristalline Silizium-Solarzellen
Ursprünglich wurden Solarzellen aus monokristallinem Silizium hergestellt, was bedeutet, dass sie aus reinem Silizium gefertigt sind. Die Herstellung beginnt mit dem Ziehen eines Keimbuchstabens aus einer Blockform von geschmolzenem Silizium, um einen zylindrischen Block mit einer einheitlichen Kristallstruktur zu erhalten. Anschließend werden die Kristalle in dünne Scheiben geschnitten und poliert, um die p-n-Schicht (positive-negative Verbindung) aufzubauen. Danach werden sie mit einer Anti-Reflex-Beschichtung versehen und schließlich zusammengebaut, um die Solarzelle zu bilden. Diese Zellen zeichnen sich durch eine hohe Effizienz aus, jedoch ist der Herstellungsprozess langwierig und zeitaufwendig, was zu höheren Kosten im Vergleich zu anderen Zelltypen führt.
Polykristalline Silizium-Solarzellen
Polykristalline Solarzellen bestehen aus quadratischen Siliziumlegierungen. Die Herstellung erfolgt, indem geschmolzenes Silizium abgekühlt und in Blöcke gegossen wird, die in dünne Platten unterteilt werden, was zur Bildung von Zellen mit zahlreichen Kristallen führt. Bemerkenswerterweise ist die Oberfläche dieser Zellen weniger effektiv in der Absorption von Sonnenstrahlen im Vergleich zu monokristallinen Zellen, was zu einer geringeren Stromproduktion führt. Um dies auszugleichen, benötigen sie jedoch eine größere Fläche, doch dieser Fakt steht der einfacheren Herstellungsweise und den geringeren Kosten nicht entgegen.
Dünnschicht-Solarzellen
Dünnschicht-Solarzellen wandeln Sonnenenergie durch den photovoltaischen Effekt in elektrische Energie um. Sie bestehen aus Schichten von Materialien mit hoher Fähigkeit zur Absorption von Lichtphotonen, die auf flexible Substrate aufgebracht werden. Diese Technologie wurde in den 1970er Jahren von Forschern der Energiesektion der Universität von Delaware in den USA vorgestellt und hat sich seither weiterentwickelt. Heute werden Dünnschicht-Solarzellen aufgrund ihrer kostengünstigen Herstellung und akzeptablen Effizienz weit verbreitet eingesetzt.
Hocheffiziente Solarzellen
Die Notwendigkeit von Solarzellen mit höherer Effizienz führte zur Entwicklung höherer Technologien, doch die Produktionskosten und die notwendigen Materialien schränken bisher ihre Verbreitung ein. Zu diesen Technologien gehören:
- Galliumarsenid-Zellen: Galliumarsenid gilt als ein bekanntes halbleitendes Material in der Solartechnologie mit einer Effizienz von bis zu 30 %. Sie zeichnen sich durch gute elektrische Eigenschaften und Temperaturbeständigkeit aus.
- Multikontakt-Solarzellen: Die Entwicklung von Solarzellen schreitet schnell voran, und Multikontakt-Solarzellen repräsentieren eine moderne Technologie, die in Zukunft die Effizienz von Solarzellen erhöhen könnte. Sie haben die Fähigkeit, verschiedene Wellenlängen des Sonnenlichts durch mehrere Schichten zu absorbieren, was sie effizienter macht als Einkontakt-Zellen.
Neue technologische Zellen
Eine Vielzahl von Materialien kann verwendet werden, um Sonnenstrahlung zur Energieerzeugung zu nutzen, wie im Fall von organischen Materialien in Perowskit-Solarzellen (Perovskite Solar Cells) mit spezifischer Kristallstruktur. Diese Zellen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Chlor, Brom, Jod und Blei. Sie sind verhältnismäßig kostengünstig und weisen eine hohe Effizienz auf, doch ihre Anwendung ist begrenzt durch eine kurze Lebensdauer. Darüber hinaus gibt es auch andere Zelltypen, wie:
- Organische Solarzellen: Diese bestehen aus polymeren Schichten mit begrenzter Effizienz und Verbreitung, trotz ihres niedrigen Preises.
- Farbstoff-Solarzellen: Hergestellt aus Titandioxid und überzogen mit einer sehr dünnen Schicht von Sensibilisatoren, basieren sie auf Nanotechnologie. Trotz ihrer theoretisch hohen Effizienz befinden sie sich noch im experimentellen Laborstadium.