Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

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3.6 Übersicht über Solarzellentypen
Solarzellen werden als Waferzellen oder als Dünnschichtzellen hergestellt. Bei den
Wafer- oder Massivzellen ist das photovoltaisch aktive Material und der mechanische Träger
identisch. Dabei wird viel photovoltaisch wirksames teures Material verschwendet, da für die
mechanische Festigkeit eine viel größere Dicke erforderlich ist als für die Lichtabsorption. Bei
den Dünnschichtzellen ist das photovoltaisch aktive Material als Dünnschicht auf ein Fremdsubstrat
aufgebracht, das als mechanischer Träger dient. Es wird nur so viel photovoltaisches
Material eingesetzt, wie zur Lichtabsorption erforderlich ist. Als Substrat verwendet man ein
möglichst billiges Material wie Glas oder Blech. Die Dünnschichtprozessierung stellt aber
Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit oder an die chemische Stabilität des Substrats,
die von Glas oder Blech eventuell nicht zu erfüllen sind. Dann muss man teuere hoch
temperaturbeständige Substrate einsetzen und hat nicht viel gewonnen.
Eine zweite Klassifizierung der Solarzellen bezieht sich auf die Methode der Ladungstrennung.
Diese wird in einer Zelle, die aus einem einzigen Halbleitermaterial besteht, durch einen p-n-
Übergang bewirkt. In diesem Fall muss also in das Zellmaterial eine räumlich variable
Dotierung eingebracht werden. In einem anderen Zelltyp wird die Ladungstrennung durch einen
Heteroübergang bewirkt, an dem zwei unterschiedliche Materialen zusammentreffen. Das
können zwei Halbleiter sein, aber auch ein Halbleiter und ein dotierter Isolator oder ein halbleitendes
Polymer und ein anorganisches Material.
Die dritte Klassifizierung bezieht sich auf das eingesetzte Material des Absorbers. Folgende
Zellen sind heute bekannt:
Waferzellen mit p-n-Übergang
einkristallines Silicium
multikristallines Silicium (Korngrößen cm)
Galliumarsenid (Zwischenstellung zwischen Wafer- und Dünnschichtzelle)
Dünnschichtzellen
amorphes Silicium mit p-n-Übergang oder mit a-Si/a-Si:C Heteroübergang
nanokristallines Silicium (Korngrößen < 1 :m) mit p-n-Übergang
mikrokristallines Silicium (Korngrößen > 1 :m) mit p-n-Übergang
multikristallines Silicium (Korngrößen > 10 :m) mit p-n-Übergang
Cadmiumtellurid mit Heteroübergang zu Cadmiumsulfid
CIS-Zellen aus Kupferindiumdiselenid, z.T. mit partiellem Ersatz von In durch Ga und
von Se durch S, mit Heteroübergang zu Cadmiumsulfid
Grätzelzelle (organischer Farbstoff auf Titandioxid mit flüssigem Elektrolyten)
leitfähige Polymere
Bei der praktischen Ausführung unterscheidet man Zellen, die unmittelbar dem Sonnenlicht
ausgesetzt werden und Konzentratorzellen, bei denen das Sonnenlicht vorher durch Spiegelanordnungen
oder Linsen konzentriert wird. Konzentratorzellen müssen allerdings der
Sonnenposition nachgeführt und eventuell aktiv gekühlt werden.
In Tab. 3.2 sind die momentan käuflichen oder in Entwicklung befindlichen Solarzellentypen
mit ihrem Wirkungsgrad in Laborzellen und käuflichen Modulen (soweit erhältlich) sowie dem
Entwicklungsbedarf zusammengestellt
3 Grundlagen der Photovoltaik F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11