Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen
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Additum 1: Solarzellen-Technologie A1.2<br />
A1.1 Solarzellen <strong>aus</strong> Silizium<br />
Das wichtigste Material zur Solarzellenherstellung ist zur Zeit das Silizium. Es gibt drei<br />
Sorten von Silizium-Solarzellen: monokristalline, polykristalline und amorphe.<br />
Mono(ein)kristalline Solarzellen bestehen <strong>aus</strong> einem einzigen Siliziumkristall. Deshalb ist<br />
der Wirkungsgrad relativ hoch. Er beträgt ca. 15 - 20 %. Monokristallines Silizium wird seit<br />
Jahrzehnten <strong>für</strong> die Halbleitertechnik hergestellt. Man kann daher eine bestehende technologische<br />
Infrastruktur nutzen. Die weit<strong>aus</strong> meisten Solarzellen, die weltweit produziert werden,<br />
bestehen <strong>aus</strong> monkristallinem Silizium. Leider benötigt man zur Herstellung von monokristallinen<br />
Siliziumsolarzellen sehr viel Energie: Es dauert einige Jahre bis die zur Herstellung<br />
benötigte Energie "amortisiert" ist.<br />
Einfacher und billiger herzustellen sind poly(viel)kristalline Siliziumsolarzellen. Eine solche<br />
Zelle besteht <strong>aus</strong> sehr vielen kleinen Siliziumkristallen. Ihr Wirkungsgrad liegt bei ca. 8 - 13 %,<br />
ist also deutlich niedriger als der monokristalliner Zellen. Andererseits benötigt man zur<br />
Herstellung polykristalliner Solarzellen viel weniger Energie. Mengenmässig liegen die<br />
polykristallinen Zellen derzeit an zweiter Stelle.<br />
Seit 1975 gibt es auch amorphe Siliziumsolarzellen, bei denen die Siliziumatome nicht in<br />
kristalliner Form geordnet sind, sondern willkürlich aneinanderliegen, ähnlich wie in Glas. So<br />
können extrem dünne Solarzellen fabriziert werden, die sehr wenig Material und Energie zur<br />
Herstellung benötigen. Der Wikungsgrad amorpher Siliziumsolarzellen ist ungefähr halb so<br />
gross wie der monokristalliner Zellen. Da<strong>für</strong> ist die Herstellung der amorphen Zellen viel<br />
billiger. Amorphe Siliziumsolarzellen werden in Taschenrechnern und Uhren verwendet.<br />
A1.1.1 Herstellung von monokristallinen Siliziumsolarzellen<br />
Die Technik zur Verarbeitung von Silizium wurde im Bereich der Elektronik entwickelt und<br />
perfektioniert. Ein grosser Teil der weltweit hergestellten Dioden, Transistoren und Computer-<br />
Schaltungen (sogenannte Chips) bestehen <strong>aus</strong> Silizium. Silizium ist eines der am häufigsten auf<br />
der Erde vorkommenden Elemente. Sein Anteil in der Erdkruste beträgt knapp 26 Prozent. Es<br />
kommt jedoch nur in Form von Verbindungen mit anderen Elementen vor. Zur Herstellung von<br />
Solarzellen wird aber hochreines Silizium benötigt. Dieses gewinnt man durch ein technologisch<br />
sehr aufwendiges Verfahren.<br />
Hin<strong>aus</strong>ziehen<br />
ständige Rotation<br />
Siliziumschmelze<br />
Figur A.1.1: Schematische Darstellung zum Herstellungsverfahren von Silizium-Einkristallen<br />
ETH-Leitprogramm Physik<br />
<strong>Strom</strong> <strong>aus</strong> <strong>Licht</strong>
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