Solarzellen – aus Licht wird Strom

Da Solarzellen auf unterschiedliche Weise bzw. in unterschiedlichen Verfahren hergestellt werden, variieren diese in ihrer Beschaffenheit, ihren Eigenschaften und Materialien. Immer ausgereiftere Herstellungsverfahren sowie das Bestreben Solarzellen mit immer höheren Wirkungsgraden zu entwickeln, haben in den letzten Jahren die Entwicklung vorangetrieben.

Innerhalb einer Solarzelle findet die Umwandlung von Licht (Photo- aus dem Griechischen: Licht) in elektrischen Strom (-voltaik – elektrische Spannung) statt. Die am häufigsten eingesetzten Solarzellen bestehen aus kristallinem Silizium, welches ein sog. Halbleiter ist.

Wie funktioniert die Solarzelle

Eine kristalline Silizium-Solarzelle besteht aus zwei unterschiedlich dotierten Schichten. Die obere, dem Licht zugewandte Zellenschicht ist negativ mit Phosphor dotiert (Negativschicht), die entgegengesetzte, nach unten gerichtete Schicht ist positiv mit Bor dotiert (Positivschicht). Je nach Helligkeit bzw. Lichtintensität variiert auch die erzeugte Spannung und Leistung. Fällt kein Licht auf die Zelle, erzeugt diese auch keinen elektrischen Strom.Funktion von Solarzellen

Damit der in der Solarzelle erzeugte elektrische Strom abgenommen werden kann, sind auf beiden Seiten metallische Kontakte aufgetragen. Diese Kontakte werden in den meisten Fällen mittels Siebdrucktechnik aufgebracht. Auf der Oberfläche der Solarzelle ist weiterhin eine sog. Antireflexschicht aufgetragen (z.B. Titandioxyd), welche die Aufgabe hat, das auftreffende Licht an der Reflektion zu hindern und somit dafür zu sorgen, dass möglichst viele Photonen (Sonnenstrahlen) absorbiert werden können.

3d Ansicht einer Solarzelle3D Ansicht einer Silizium-Solarzelle

Vom Aufbau ähnelt die Solarzelle einer Photodiode, welche ebenfalls aus einem pn-Übergang besteht. Auf der Unterseite der Zelle befindet sich die sog. p-Basis. Oberhalb der Solarzelle befindet sich der n+-Emitter. Sobald Licht auf die Solarzelle auftrifft, entstehen Elektron-Loch-Paare, welche durch die absorbierten Photonen hervorgerufen werden. Die Entstehung der Elektron-Loch-Paare, welche als Ladungsträger zur Verfügung stehen, wird in der Abbildung verdeutlicht. Über der n+-Emitterschicht befindet sich eine Antireflexbeschichtung, welche die Reflexion der auftreffenden Solarstrahlung verringert und dadurch den Wirkungsgrad der Solarzelle steigert.

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Solarzellentypen

Neben den am häufigsten eingesetzten kristallinen Silizium-Solarzellen, gibt es eine Vielzahl weiterer Solarzellentypen. Diese können sich in der Leistung, Farbe, Form und den Eigenschaften voneinander unterscheiden.

Arten von SolarzellenDa Silizium quasi im Überfluss vorhanden ist, stellt dieser Halbleiter die wichtigste Grundlage der am häufigsten verwendeten Zellen dar. Problematisch ist jedoch die Herstellung des reinen Siliziums, welches für die Produktion von Solarmodulen benötigt wird. Quarzsand muss unter hohen Temperaturen eingeschmolzen werden.

Alle Solarzellentypen im Überblick:

  • Monokristalline Zellen – diese können rund, quadratisch (4″ oder 5″) oder semiquadratisch sein; der Wirkungsgrad liegt bei etwa 16 – 20 Prozent
  • Polykristalline Zellen (auch mehrkristallin) – diese Solarzellen sind meistens quadratisch oder rechteckig (4″, 5″, 6″ oder z.B. 10 cm x 12,5 cm)
  • Polykristalline Bandsiliziumzellen – ähneln im Erscheinungsbild eher den monokristallinen Zellen
  • Dünnschichtzellen – diese Solarzellen weisen ein sehr hohes Potential auf, da sie in der Herstellung und im Materialeinsatz im Vergleich zu anderen Zellen sehr viel günstiger sind
  • Amorphe Siliziumzellen (ASI) – häufig weisen diese Zellen nur einen geringen Wirkungsgrad auf
  • Kupfer-Indium-Diselenid-Zellen (CIS) – diese Solarzellen weisen hohes Potential auf, da diese im Vergleich zu anderen Zellenarten wesentlich günstiger produziert werden können
  • Cadmium-Tellurid-Zellen (CdTe) – erreichen im Vergleich zu amorphen Silizium-Solarzellen höhere Wirkungsgrade

Herstellung einer Silizium Solarzelle

Im folgenden Film, sehen Sie, wie eine Silizium Solarzelle hergestellt wird.

Die größten Solarzellenhersteller der Welt

Im Folgenden finden Sie eine Zusammenstellung der größten Solarzellenhersteller der Welt.

  1. Suntech Power – Als größter Solarzellenhersteller der Welt produzierte das chinesische Solarunternehmen im Jahr 2011 Solarzellen mit einer Gesamtleistung von ca. 2.200 Megawatt.
  2. First Solar – Das US-Amerikanische Solarunternehmen produzierte im Jahr 2011 Solarzellen mit einer Leistung von etwa 1980 Megawatt.
  3. JA Solar – Als drittgrößter Solarhersteller der Welt produzierte JA Solar Zellen mit einer Leistung von ca. 1700 Megawatt
  4. Yingli – Auch Yingli nimmt als chinesischer Solarzellen- bzw. Solarmodulproduzent eine zentrale Rolle auf dem solaren Weltmarkt ein. Mit einer produzierten Gesamtleistung von 1604 Megawatt belegt Yingli den vierten Platz der größten Zellenhersteller der Welt.
  5. Trina – Mit dem fünften Platz der weltgrößten Solarzellen-Produzenten ist erneut ein chinesisches Unternehmen anzutreffen. Trina produzierte 2011 etwa 1500 Megawatt an Solarzellen.
  6. Motech – Dieser Solarzellenproduzent aus Taiwan stellte im Jahr 2011 Solarzellen mit einer Leistung von ca. 1000 Megawatt her.
  7. Sharp – Das japanische Unternehmen hat innerhalb der letzten Jahre deutlich weniger Marktanteile halten können. In 2011 produzierte Sharp Zellen mit einer Gesamtleistung von 725 Megawatt.
  8. Solarworld – Das deutsche Unternehmen hat im Laufe der letzten Jahre ebenfalls deutlich an Marktanteilen verloren. Nicht zuletzt wegen der enormen Konkurrenz aus China produzierte Solarworld im Jahre 2011 Solarzellen mit einer Leistung von 525 Megawatt.
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