Einführung in die Solarzellen

Solarzellen wandeln Licht direkt in Elektrizität um. Sie nutzen den photovoltaischen Effekt, der erstmals 1839 von Becquerel entdeckt wurde. Moderne Zellen bestehen aus Halbleitermaterialien, die Licht absorbieren und Elektronen freisetzen.

Der photovoltaische Effekt tritt auf, wenn Photonen des Lichts Elektronen in einem Halbleiter anregen. Dadurch entsteht eine Spannung über die Zelle und bei Anschluss einer Last fließt elektrischer Strom.

Eine typische Solarzelle besteht aus Silizium-Schichten. N-Typ-Silizium enthält freie Elektronen, P-Typ Löcher. An der Grenzfläche bildet sich ein elektrisches Feld, das die Ladungstrennung bei Lichteinfall ermöglicht.

Die Effizienz von Solarzellen ist klimaabhängig und variiert zwischen 15-22%. Fortschritte in der Technologie wie PERC-Zellen steigern die Effizienz durch zusätzliche Schichten, die Lichtreflexionen reduzieren und mehr Licht absorbieren.

Monokristalline Zellen bestehen aus einem Siliziumkristall und sind effizienter, aber teurer. Polykristalline Zellen sind aus Siliziumfragmenten gefertigt und bieten ein besseres Kosten-Nutzen-Verhältnis bei leicht niedrigerer Effizienz.

Forschung konzentriert sich auf Perowskit-Solarzellen, die kostengünstiger und flexibler als herkömmliches Silizium sind. Ihre potenzielle Effizienz übersteigt 25%, und die Produktionstechnik ermöglicht sogar druckbare Solarzellen.

Hauptprobleme sind Langlebigkeit und Recycling. Fortschritte in der Materialwissenschaft und bei der Entwicklung nachhaltiger Herstellungsprozesse versprechen langlebigere und vollständig recycelbare Solarzellen für nachhaltige Energieerzeugung.