Solartechnik

Eine Solarzelle oder photovoltaische Zelle ist ein elektrisches Bauelement, das kurzwellige Strahlungsenergie, in der Regel Sonnenlicht, direkt in elektrische Energie umwandelt. Die Anwendung der Solarzelle ist die Photovoltaik. Die physikalische Grundlage der Umwandlung ist der photovoltaische Effekt, der ein Sonderfall des inneren photoelektrischen Effekts ist.

Solarzellen unterscheiden sich dadurch grundsätzlich von anderen Arten der regenerativen Elektrizitätserzeugung, bei denen lediglich die Antriebsenergie für den Generator nicht konventionell erzeugt wird.

Monokristalline Siliziumzellen

• Monokristalline Siliziumzellen (c-Si) weisen im großtechnischen Einsatz einen Wirkungsgrad über 20 % und eine Leistungsdichte 20–50 W/kg auf. Die Technik gilt als gut beherrscht, die Herstellung erfordert allerdings einen sehr hohen Energieeinsatz, der sich negativ auf die Energierücklaufzeit auswirkt.
• Polykristalline Zellen, auch Multikristalline Zellen genannt (poly-Si oder mc-Si), besitzen relativ kurze Energierücklaufzeiten, derzeit die Zelle mit dem günstigsten Preis-Leistungs-Verhältnis (Stand: September 2008). Sie erreichen inzwischen im großtechnischen Einsatz Wirkungsgrade bis zu 16 %. Experimentelle Zellen erreichen Wirkungsgrade bis zu 18,6 %

Amorphes Silizium

• Amorphes Silizium (a-Si) besitzen zur Zeit den größten Marktanteil bei den Dünnschichtzellen. Die Modulwirkungsgrade liegen zwischen 5 und 7 % und haben eine Leistungsdichte bis ca. 2000 W/kg. Derzeit gibt es keine Materialengpässe selbst bei Produktion im Terawatt-Maßstab.
• Kristallines Silizium, z. B. mikrokristallines Silizium (µc-Si), wird oft in Kombination mit amorphem Silizium als Tandemzellen eingesetzt und erreicht so höhere Wirkungsgrade bis 10 %. Hergestellt werden sie ähnlich wie Solarzellen aus amorphem Silizium.
• Si Wire Array (Laborstadium): Durch Bestücken einer Oberfläche mit dünnsten Drähten ist diese neue Solarzelle biegsam und benötigt nur 1 % der Siliziummenge verglichen mit herkömmlichen Solarzellen

III-V-Halbleiter-Solarzellen

GaAs-Zellen zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade (im Jahr 2009 experimentell bis 41,1 %), sehr gute Temperaturbeständigkeit, geringerem Leistungsabfall bei Erwärmung als kristalline Siliziumzellen und Robustheit gegenüber UV-Strahlung aus. Sie sind allerdings sehr teuer in der Herstellung. Eingesetzt werden sie häufig in der Raumfahrt (Galliumindiumphosphid, (Ga,In)P/Galliumarsenid, GaAs/Germanium, Ge). Tripelzellen (Mehrfachsolarzellen mit drei monolithisch gestapelten p-n-Übergängen) haben den höchsten kommerziell lieferbaren Wirkungsgrad von fast 30 % mit einer Leistungsdichte von 50 W/kg (bei 17 % um 1000 W/kg)