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Was ist eine Solarzelle?

Wie im Beitrag über Solar-Module schon bei beschrieben, dienen Solarzellen dazu, Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Die Solarzellen erzeugen Gleichspannung. In ihrer Leistung werden diese Solarzellen auch in Wirkungsgrade definiert. Das nicht das gesamte einfallende Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln kann, spricht man hier vom “Wirkungsgrad”. Aufgrund der immer weiter gehenden Forschung und Entwicklung, erhöht sich der Wirkungsgrad bzw. die Effizienz einer Solarzelle ständig. Laut der Angaben der “European Photovoltaic Industry Association” lag der Wirkungsgrad einer Solarzelle im Jahre 2008 bei 16.5 %.  Der Rohstoff für die Herstellung der Solarzellen ist Silizium. Was viele nicht wissen ist, dass Silizium das zweithäufigste chemische Element ist und das es dazu wahrscheinlich nie einen Mangel geben wird. Die Herstellung und Aufbereitung für Solarzellen ist jedoch sehr aufwendig, was den Preis dadurch erhöht.

Aufbau einer Solarzelle

Die größte Anzahl von heutzutage genutzten Solarzellen besteht aus dem Halbleitermaterial Silizium (Quarzsand). Silizium ist mit der günstigste Halbleiter und wird durch die Zufuhr von Licht und Wärme leitfähig. Silizium wird Industriell der Sauerstoff entzogen und gründlich gereinigt, dadurch erhält es eine kristalline Struktur und bildet die Basis für kristalline Solarzellen.

Aufgebaut ist eine kristalline Solarzelle in drei Schichten:

Die drei Schichten einer Solarzelle von oben nach unten sind die Silizium Atome, die Grenzschicht und die untere Siliziumschicht.

Die obere Siliziumschicht wird mit Fremdatomen angereichert, hier verwendet man beispielsweise die Atome von Phosphor. Auch als negativ-dotierte Schicht bezeichnet. Hier sind die einzelnen Atome gesättigt, wodurch sich freie Elektronen in dieser Schicht befinden.

In der Grenzschicht befinden sich gesättigte Silizium-Atome, über diese können die überschüssigen Elektronen aus der oberen Siliziumschicht in die untere Schicht, um sich mit den meist Bohr-Atomen zu verbinden. Durch die Elektronenbewegungen entsteht ein internes elektrisches Feld, auch p-n-Übergang genannt.

Wie gerade schon geschrieben, ist die untere Siliziumschicht oft mit Bohr-Atomen angereichert, diese enthalten weniger Elektronen. Sie wird auch p-dotierte Schicht genannt.

Arten von Solarzellen

Monokristalline Solarzellen

Diese Solarzellen bestehen aus einkristallinem Silizium. Bei der Herstellung werden aus flüssigem Silizium einkristalline Stäbe gezogen und anschließend in dünne Scheiben gesägt. Durch diese Verarbeitung entsteht die ebene und glatte Oberflächenbeschaffenheit.

Polykristalline Solarzellen

Solarzellen aus multikristallinem Silizium sind aus geschmolzenem Silizium, die erst in Blöcke gesossen werden und anschließend in dünne Scheiben zersägt werden. Bei ihrer Erhärtung entstehen große, uneinheitliche Kristalle, die in der Zelle verschieden ausgerichtet sind – daher kommt das charakteristische blaue Glitzern dieser Zellen.

Dünnschichtzellen

Dieser Zelltyp zählt zu den amorphen, also nicht-kristallinen Solarzellen. Dieser Zelltyp wird ebenfalls aus Silizium hergestellt, die Besonderheit ist: Das sie mit anderen Materialien vermischt werden und auf ein Trägermaterial gespritzt oder gedampft werden.

Organische Solarzellen

Organische Solarzellen sind Dünnschichtmodule aus organischen Kunststoffen. Ein entscheidender Vorteil ist: Diese Solarzellen kann in jeder beliebigen Form hergestellt werden. Organische Solarzellen können so dünn wie Folie sein und sind sehr flexibel. Sie lassen sich sowohl auf Bekleidung und Zelte, aber auch auf Fassaden, Fenster, Dächer, Markisen oder Sonnenschirme kleben.

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