Untersuchung des reaktiven Sputterprozesses zur Herstellung von ...

2.6. Solarzellen 39
Solarzellen sollen anhand der Strom-Spannungskennlinie erläutert werden. In Abb. 2.12 sind
eine Dunkelkennlinie und die dazugehörige Hellkennlinie einer Solarzelle dargestellt. Die Dunkelkennlinie
wird bei unbeleuchtetem Absorber gemessen und entspricht einer Diodenkennlinie.
In einer einfachen Betrachtungsweise, die für die in dieser Arbeit untersuchten Solarzellen nur
näherungsweise gilt, setzt sich die Gesamtstromdichte einer Solarzelle aus einer Superposition
von Dunkelstromdichte JD und einer konstanten Photostromdichte zusammen. Der bei beleuchtetem
Absorber entstehende Photostrom kann im spannungslosen Fall über die Kontakte als Kurzschlussstromdichte
JSC (short circuit current density) abfließen. Im stromlosen Fall liegt an den
Kontakten die Leerlaufspannung VOC (open circuit voltage) an.
Der Arbeitspunkt einer Solarzelle wird so gewählt, dass der Solarzelle die maximale Leistung
PMPP (Maximum Power Point) entzogen werden kann. Die zugehörigen Stromdichtenund
Spannungswerte werden entsprechend mit JMPP und VMPP bezeichnet. Das Verhältnis der
Zellleistungsdichte SMPP am optimalen Arbeitspunkt und dem Produkt von VOC und JSC wird
Füllfaktor FF genannt:
(2.11)
FF = JMPP ·VMPP
JSC ·VOC
SMPP
=
JSC ·VOC
Der Wirkungsgrad η fasst die Größen zur Bewertung einer Solarzelle zusammen. Er bezeichnet
das Verhältnis der maximalen elektrischen Leistung der Solarzelle zur eingestrahlten Lichtleistung
PLicht. Auf die jeweiligen Leistungsdichten SMPP und SLicht bezogen ergibt sich:
(2.12)
η = SMPP
SLicht
= FF ·VOC · JSC
SLicht
Der Wirkungsgrad ist die entscheidende Größe für die Anwendung von Solarmodulen zur Erzeugung
elektrischer Energie.
Weitere Informationen zu den Eigenschaften liefert die Bestimmung der spektralen Empfindlichkeit
der Solarzelle. Der daraus berechnete, spektrale Quantenwirkungsgrad QE gibt an,
welcher Anteil der eingestrahlten Photonen zur Stromgeneration in der Solarzelle beiträgt. QE
lässt sich wie folgt berechnen:
(2.13) QE(λ)= Jph(λ)
.
e · Φ(λ)
Dabei sind Jph(λ) die pro Wellenlängeninterval erzeugte Photostromdichte, e die Elementarladung
und Φ(λ) die pro Zeiteinheit und Wellenlängeninterval einfallende Photonenflussdichte.
Ein Beispiel für den spektralen Quantenwirkungsgrad wird in Abb. 2.14 gegeben.