Photovoltaikzellen

Photovoltaikzellen sind Halbleiterbauelemente, die Licht direkt in elektrischen Strom umwandeln. Sie bilden die Grundkomponente von Photovoltaik-Systemen und finden Anwendung in Dachmodulen, Freiflächenanlagen, tragbaren Geräten und integrierter Gebäudetechnik.

Funktionsprinzip: Trifft Licht auf das Halbleitermaterial, entstehen Elektronen und Löcher. In einer p-n-Junction erzeugt das interne Feld eine Trennung der Ladungsträger, wodurch Gleichstrom fließt. Durch einen Wechselrichter wird dieser Gleichstrom in netz- oder haushaltsüblichen Wechselstrom umgewandelt.

Materialien: Am weitesten verbreitet sind Silizium-basierte Zellen. Typen umfassen Monokristallines und Polykristallines Silizium sowie Dünnschichtvarianten wie amorphes Silizium (a-Si), Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS).

Wirkungsgrad und Leistung: Die Wirkungsgrade kommerzieller Zellen liegen typischerweise im Bereich von etwa 15 bis 23 Prozent; Labor- und High-End-Module erreichen teils höhere Werte. Die Effizienz wird durch Temperatur, Verschattung, Alterung und Lichteinfall beeinflusst.

Anwendungen: Photovoltaikzellen werden in Dach- und Freiflächenanlagen genutzt, in gebäudeintegrierte Systeme integriert, in tragbarer Elektronik eingesetzt sowie in Off-Grid- und Speichersystemen verwendet.

Vorteile und Herausforderungen: Sie liefern sauberen Strom ohne laufende Emissionen und sind wartungsarm, bringen jedoch Umwelt- und Ressourcenaspekte in Herstellung, Entsorgung und Recycling mit sich. Die wirtschaftliche Rentabilität hängt von Standort, Förderungen und Strompreis ab.