SiliziumSolarzelle

Silizium‑Solarzelle, auch als kristalline Siliziumzelle bezeichnet, ist ein Halbleiterbauelement, das Lichtenergie in elektrische Energie umwandelt. Das Funktionsprinzip beruht auf dem photovoltaischen Effekt: Wenn Photonen auf den p‑n‑Übergang eines dotierten Siliziumkristalls treffen, werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angeregt. Durch das eingebaute elektrische Feld werden die Ladungsträger getrennt, wodurch ein Gleichstrom entsteht, der über externe Kontakte entnommen werden kann.

Die gängigsten Varianten sind monokristalline und polykristalline Siliziumzellen. Monokristalline Zellen bestehen aus einem einzelnen Siliziumkristall, weisen höhere Reinheit und typischerweise Wirkungsgrade von 20 % bis 24 % auf, benötigen jedoch aufwändigere Wachstumsverfahren. Polykristalline Zellen bestehen aus mehreren Kristallkörnern, sind günstiger in der Herstellung, erreichen aber meist Wirkungsgrade von 15 % bis 18 %.

Die industrielle Fertigung beginnt mit der Reinigung von Siliconpulver, gefolgt von der Ziehung von Einkristallen (Czochralski‑Verfahren) oder dem Schmelzen von Silizium in Form von Barren. Anschließend werden Dünnschichten von n‑ und p‑dotierten Materialien auf die Wafer aufgebracht, Kontakte geprägt und eine Antireflexbeschichtung aufgebracht. Die fertigen Zellen werden zu Modulen verbunden, um die für Anwendungen erforderliche Spannung und Leistung zu erreichen.

Silizium‑Solarzellen dominieren den Markt für Photovoltaik, weil das Material reichlich vorhanden, stabil und langfristig bewährt ist. Aktuelle Forschungsbemühungen konzentrieren sich auf die Reduktion von Produktionskosten, die Verbesserung der Lichtabsorption durch Texturierung und die Integration von Tandemzellen, bei denen Silizium mit anderen Halbleitern kombiniert wird, um Wirkungsgrade über 30 % zu erreichen. Herausforderungen bleiben die Senkung des Energiebedarfs bei der Herstellung und die Entsorgung von großtechnischen Modulen am Ende ihrer Lebensdauer.