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Dünnschichtsolarzelle

Energietechnik, regenerierbare Energiequellen, DS-Zelle, Dünnfilmsolarzelle, eine in Dünnschichttechnologie hergestellte Solarzelle (dünne Schichten). Dünnschichtsolarzellen sind vielversprechende Kandidaten für eine deutlich Reduktion von Material- und Energieeinsatz (und damit der Kosten) bei der Herstellung von Solarzellen, welche eine Voraussetzung für deren massiven Einsatz ist. DS-Zellen lassen sich in polykristalline und amorphe DS-Zellen aufteilen. Wichtige Kriterien für die Auswahl von DS-Zellmaterialien sind ein an das Sonnenspektrum angepasster Bandabstand Egap = 1,0...2,0eV, ein grosser optischer Absorptionskoeffizient ( > 2 × 10 - 1), eine hohe Diffusionslänge der (lichterzeugten) Minoritätsträger, n/p-Dotierbarkeit, Verfügbarkeit der Elemente sowie Abscheidbarkeit auf billigen Substraten. Die Herstellung kann je nach Zelltyp mit Hilfe oberflächentechnischer Verfahren wie CVD (chemische Gasphasenabscheidung), Hochvakuumaufdampfen oder elektrochemischer Abscheidung erfolgen. Erreichte Wirkungsgrade liegen bei 8 - 15 %. DS-Zellen wurden bisher hauptsächlich für Geräte mit sehr geringer Leistungsaufnahme (Uhren, Taschenrechner) verwendet. Seit kurzem sind jedoch auch langzeitstabile DS-Zellen auf der Basis von a-Si verfügbar. Der Preis liegt bei typischerweise 5 US $/Watt Nennleistung (1998).

 

Dünnschichtsolarzelle: Auswahl einiger für die Herstellung von Dünnschichtsolarzellen geeigneter Halbleitermaterialien. a-(Si,C): amorphe Silizium/Kohlenstofflegierung, a-(Si,Ge): amorphe Silizium/Germaniumlegierung.

Halbleiter

Bandabstand [eV]

Leitungstyp

a-(Si,C)

1,75-3,0

p/n durch Fremddotierung

a-(Si,Ge)

 1,0-1,75

p/n durch Fremddotierung

CdTe

 1,5

p/n durch Eigendefekte oder Fremddotierung

CdSe

 1,7

n durch Eigendefekte

ZnTe

 2,26

p durch Eigendefekte oder Fremddotierung

Cu2S

 1,2

p durch Eigendefekte

CuInSe2

 1,04

p/n durch Eigendefekte

CuGaSe2

 1,68

p durch Eigendefekte

CuInS2

 1,5

p/n durch Eigendefekte

Cu(In,Ga)Se2

1,04-1,68

p durch Eigendefekte

FeS2

 0,8

p/n durch Eigendefekte

FeSi2

 0,9

p durch Eigendefekte

WSe2

 1,3

 

Dünnschichtsolarzelle

Dünnschichtsolarzelle 1: Mikrostruktur zweier polykristalliner Dünnschichtsolarzellen, sichtbar gemacht im Rasterelektronenmikroskop. Die ZnO-Schicht stellt in beiden Fällen den transparenten Kontakt dar, die Mo-Schicht den Rück- kontakt. Beide Zellen liefern Wirkungsgrade um 15%. a) CuInSe2; b) CuIn(Se,S)2.

Dünnschichtsolarzelle

Dünnschichtsolarzelle 2: Prozesse in einer polykristallinen Dünnschichtsolarzelle. 1: Ausbildung eines Photostrompfades, 2: Rekombination der Ladungsträger an einer Korngrenze, 3. Rekombination der Ladungsträger an der Grenzfläche zwischen Absorber und Fenster, 4: Rekombination im Volumen, 5: Kurzschluss.

 

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