Was sind Silikonsolarzellen?
Solarzellen sind Geräte, die Lichtenergie in elektrische Energie umwandeln. Um richtig zu arbeiten, müssen die Zellen mit einem Halbleitermaterial bedeckt sein, das das Licht absorbieren kann. Siliziumsolarzellen sind mit Silizium beschichtete Solarzellen, die am häufigsten verwendet werden. Diese Zellen sind in Reihe geschaltet, Module genannt, und die Module sind miteinander verbunden, um ein Array zu bilden, das die gewünschte Spannung erzeugt. Diese werden dann in einen Schutzbehälter hinter Glasscheiben gegeben, die das Sonnenlicht auf die Zellen richten.
Wenn Licht auf das Solarpanel trifft, werden die Photonen vom Halbleitermaterial absorbiert. Die Elektronen werden losgeschlagen und fließen durch das Material, um Elektrizität zu erzeugen. Eine Reihe von Silizium-Solarzellen wandelt diese Energie in Gleichstrom um. In einem integrierten System wird der Strom dann über Wechselrichter in das Stromnetz eingespeist. Eigenständige Solarprodukte speichern den Strom in Batterien.
Während Silizium ein sehr verbreitetes Element ist, ist es normalerweise in Siliziumdioxid gebunden. Das reine Silizium muss aus dem Siliziumdioxid extrahiert und dann verarbeitet werden, um seine Leitfähigkeit zu erhöhen. Reines Silizium ist ein schlechter elektrischer Leiter, aber wenn bestimmte Verunreinigungen, typischerweise Phosphoratome, zugesetzt werden, wird es ein ausgezeichneter Leiter. Diese Verarbeitung kostet viel Energie und ist für die hohen Kosten von Siliziumsolarzellen verantwortlich. Traditionell hergestellte Zellen verwenden einkristallines Silizium in Bulkform, das in Wafer geschnitten wird.
Um die Kosten zu senken, haben Wissenschaftler Dünnschicht-Silizium-Solarzellen entwickelt. Diese verbrauchen nur etwa ein Prozent des Siliziums, das eine herkömmliche Zelle verbrauchen würde, aber leider sind sie viel weniger effizient. Es wurden Zellen mit mehreren Schichten Dünnfilm entwickelt, die genauso effizient sind wie die teureren herkömmlichen Zellen und dennoch die Vorteile von geringeren Kosten, geringerem Gewicht und größerer Flexibilität beibehalten. Polykristalline und amorphe Dünnschicht-Siliziumzellen sind zusätzliche, kostengünstigere Optionen.
Eine weitere Herausforderung für Wissenschaftler besteht darin, einen Weg zu finden, um die Wirksamkeit von Siliziumsolarzellen zu erhöhen. Sonnenlicht hat einen weiten Wellenlängenbereich, der Photonen mit einem weiten Energiebereich enthält. Einige davon sind zu schwach oder zu stark, um das Elektron-Loch-Paar zu bilden, das vom Halbleitermaterial eingefangen werden muss. Die meisten Zellen haben nur einen Wirkungsgrad von 15%, was bedeutet, dass sie nur 15% der im Sonnenlicht, das durch die Paneele fällt, verfügbaren elektrischen Energie aufnehmen.
Weltweit wird daran gearbeitet, den Wirkungsgrad zu steigern und die Kosten für Siliziumsolarzellen zu senken. Die Suche nach Wegen zur Steigerung der Dünnschichteffizienz und damit zur erheblichen Kostensenkung ist ein vorrangiges Ziel eines von der Europäischen Union finanzierten Forschungsprojekts. Ein Unternehmen in Japan hat Siliziumsolarzellen für die Verwendung in mehreren Produkten entwickelt, die einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 25% aufweisen. Boeing-Spectrolab, ein US-amerikanisches Unternehmen, hat eine Konzentratorsilizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 40,7% entwickelt.
Die Forschung und Entwicklung von Stuten ist erforderlich, bevor Solarenergie zur Primärenergiequelle wird. Dies ist jedoch ein Bereich, der international Beachtung findet und finanziert wird. Wenn die Kosten sinken und die Effizienz steigt, wird Solarenergie möglicherweise weit verbreiteter. Auch bei diesen Herausforderungen werden Siliziumsolarzellen bereits in einer Vielzahl von Produkten eingesetzt. Dazu gehören Alltagsgegenstände wie Taschenrechner, Taschenlampen, Telefonladegeräte, Springbrunnen sowie Warmwassersysteme für Haushalt und Gewerbe.