Die Zukunft der Solarzellen sieht vielversprechend aus. Es sind einigeFaktoren, die weiter optimiert, beziehungsweise erneuert werden könnten.Einer dieser Faktoren wäre die Oberflächenstrukturierung. Durch den Aufbau
von Zelloberflächen in Pyramidenstruktur könnte man das einfallende Lichtmehrfach nutzen und dadurch Reflexionsverluste vermeiden.Des weiteren wird versucht, verschiedene Halbleitermaterialien übereinander
anzuordnen, um so einen größeren Spektralbereich des Lichtes nutzen zukönnen.Ebenfalls wäre es auch eine Möglichkeit, den p-n-Übergang durch eine dünneOxidschicht zu ersetzen, um das elektrische Feld zu verstärken.
Je nach Kristallart unterschiedet man grundsätzlich in 3 verschiedeneZelltypen:
Mono-kristallin, Poly-kristallin und Amorph.Bei der Herstellung von Mono-kristallin wird hochreines Halbleitermaterialbenötigt. Aus den Siliziumschmelzen werden einkristalline Stäbe hergestelltund danach in dünne Scheiben gesägt. Durch dieses Herstellungsverfahrenerhält man hohe Wirkungsgrade, daher wird es häufig zur Stromversorgungvon Raumstationen und Satelliten eingesetzt.Eine kostengünstigere Variante ist die Herstellung von Poly-kristallin.Flüssiges Silizium wird hierbei in Blöcke gegossen und anschließend inScheiben gesägt. Sobald das Material erstarrt, bilden sich unterschiedlichgroße Kristallstrukturen, bei denen die Grenzen leichte Defekte aufweisen.
Die Amorphen oder auch Dünnschichtzelle genannt, bestehen aus Glas, Folieoder Metall, auf das eine sehr dünne Siliziumschicht aufgetragen wird. DieSchichtdicke beträgt hierbei wenige tausendstel Millimeter. Allein durch diegeringe Verwendung des Materials Silizium lassen sich so dieProduktionskosten gering halten. Der Wirkungsgrad dieser Zellen liegt jedochbislang weit unter den anderen beiden Zelltypen, so dass die Amorphen
häufig nur in Taschenrechnern und Armbanduhren verwendet werden.
Derzeit bestehen rund 90-95 Prozent aller Solarzellen aus Silizium. DiesesMaterial ist zweitgrößter Bestandteil der Erdrinde und kommt daher sehrhäufig vor. Doch liegt es meist nicht in reiner kristalliner Form (SiliziumAtome in sehr gleichmäßigen Abständen zueinander) vor, sondern ist oft mitQuarzgestein oder Quarzsand versehen. Deshalb wird es industriellweiterverarbeitet um hochreines Silizium zu gewinnen. Jedoch wird dafürsehr viel Energie benötigt. Dadurch wird der Rohstoff in der Endproduktionteuer.
Silizium ist ein Halbleitermaterial, das bei Zufuhr von Wärme oder Lichtelektrisch leitfähig wird, während es bei tiefen Temperaturen isolierend wirkt.Bei der Herstellung der Solarzelle wird das Halbleitermaterial dotiert. Dabeiwerden chemische Elemente definiert eingebracht. Entweder wird einLadungsträgerüberschuss (n-Halbleiterschicht) oder ein positiverLadungsträgerüberschuss (p-Halbleiterschicht) erzielt. Die Grenzschicht
zwischen dem negativen und positiven Material bezeichnet man als p-nÜbergang.An dem p-n-Übergang baut sich ein elektrisches Feld auf, wodurch es zueiner Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträgerkommt. Diese Spannung wird über Metallkontakte abgegriffen. Ist an dieSolarzelle ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, so bildet sich einelektrisch geschlossener Stromkreis.Patrick Pillat Seite 6 von 17
Dabei ist besonders festzuhalten, dass dies lediglich innere energetischeZustandsänderungen sind und es daher kaum zu Verschleiß und Abnutzungkommt. Die Solarzelle kann deshalb auch über längere Zeit im Kurzschluss
oder Leerlauf betrieben werden, ohne dabei einen Schaden zu nehmen.
