Photovoltaik-Zellen, auch Solarzellen genannt, erzeugen Strom, indem sie Sonnenlicht absorbieren und die Lichtenergie in einen elektrischen Strom umwandeln. Dieser Prozess kann in drei grundlegende Schritte unterteilt werden:
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Absorption von Licht: Eine Photovoltaik-Zelle besteht aus einem Halbleitermaterial, in der Regel Silizium, das so behandelt ist, dass es mit den Photonen interagieren kann, aus denen das Sonnenlicht besteht. Die einfallende Lichtenergie löst Elektronen im Silizium aus und bringt sie dazu, in einem Strom zu fließen, der schließlich den Solarstrom erzeugt, den Sie in Ihrem Zuhause nutzen können.
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Fließen der Elektronen: Bei der Photovoltaik-Technologie werden zwei Schichten Silizium verwendet, von denen jede speziell behandelt wird, um ein elektrisches Feld zu erzeugen. Eine Seite hat eine positive Ladung und die andere eine negative Ladung. Dieses elektrische Feld wirkt wie eine Diode und zwingt die gelösten Elektronen dazu, in eine Richtung zu fließen, wodurch ein elektrischer Strom erzeugt wird.
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Erfassung des elektrischen Stroms: Sobald die gelösten Elektronen einen elektrischen Strom erzeugen, sammeln Metallplatten an den Seiten jeder Solarzelle diese Elektronen und leiten sie an Drähte weiter. An diesem Punkt fließen die Elektronen als Strom durch die Verkabelung zu einem Solarwechselrichter und dann in Ihr Zuhause.
Eine einzelne Photovoltaik-Zelle allein kann nicht genügend nutzbaren Strom für mehr als ein kleines elektronisches Gerät erzeugen. Solarzellen werden miteinander verkabelt und auf einem Substrat wie Metall oder Glas installiert, um Solarpaneele zu bilden. Diese werden dann in Gruppen installiert, um ein Solarsystem zu bilden, das genügend Energie für ein Zuhause erzeugt. Eine typische Solaranlage für Privathaushalte besteht aus 60 Zellen. Je nach Faktoren wie Temperatur, Sonnenstunden und Stromverbrauch benötigen Eigentümer unterschiedlich viele Solarpaneele, um genügend Energie zu erzeugen.
Arten von Solarzellen
Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, die heute verwendet werden. Die beiden Haupttypen sind monokristalline und polykristalline Solarzellen, die aus dem Element Silizium hergestellt werden. Diese sind die gängigsten Optionen für Wohn- und Gewerbeinstallationen.
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Monokristalline Solarzellen: Monokristalline Solarzellen bestehen aus einem einzigen Siliziumkristall. Sie haben in der Regel eine höhere Effizienz als polykristalline Zellen, da sie aus einem einzigen, ausgerichteten Siliziumkristall bestehen, was den Fluss der durch den photovoltaischen Effekt erzeugten Elektronen erleichtert. Monokristalline Solarzellen sind jedoch in der Regel teurer als polykristalline Optionen.
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Polykristalline Solarzellen: Polykristalline Solarzellen werden hergestellt, indem viele Siliziumkristallscherben miteinander verschmolzen werden. Dies führt zu einer geringeren Effizienz im Vergleich zu monokristallinen Zellen, da die Siliziumscherben in viele Richtungen ausgerichtet sind und der Stromfluss etwas schwieriger ist. Polykristalline Solarzellen sind jedoch in der Regel kostengünstiger als monokristalline Optionen, da der Herstellungsprozess einfacher ist.
Es gibt auch andere Arten von Solarzellen wie Dünnschicht-Solarzellen, organische Solarzellen und Perowskit-Solarzellen. Dünnschicht-Solarzellen sind leichter und flexibler als herkömmliche Siliziumzellen, haben jedoch eine geringere Effizienz. Organische Solarzellen bestehen aus kohlenstoffbasierten Materialien und sind flexibel und transparent. Perowskit-Solarzellen verwenden ein künstliches Material auf der Basis von Calcium-Titanoxid, um eine andere Art von Dünnschicht-Solarpanel herzustellen.
Verbesserungen der Solarzellentechnologie
Die Solarzellentechnologie entwickelt sich ständig weiter, um die Effizienz und Leistung von Solarzellen zu verbessern. Hier sind einige Bereiche der Entwicklung:
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Multijunction-Solarzellen: Multijunction-Solarzellen bestehen aus mehreren Schichten von Halbleitermaterialien mit unterschiedlichen Bandlücken. Jede Schicht absorbiert einen anderen Teil des Sonnenspektrums und ermöglicht so eine bessere Nutzung des Sonnenlichts als herkömmliche Einzeljunction-Solarzellen. Multijunction-Solarzellen haben bereits hohe Wirkungsgrade erreicht und werden in der Forschung und Entwicklung weiter vorangetrieben.
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Verbesserungen bei p-Typ-Zellen mit Gallium: Bei herkömmlichen Siliziumzellen, die mit Bor dotiert sind, kann es im Laufe der Zeit zu einer Degradation kommen, da das Bor mit Sauerstoff reagiert und zu Defekten in der Zelle führt. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, Gallium anstelle von Bor zu verwenden, da Gallium nicht mit Sauerstoff reagiert. Dies führt zu einer höheren Effizienz und längerer Lebensdauer der Solarzellen.
Die Effizienz einer Solarzelle wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst, wie z.B. die Intensität und Wellenlänge des Lichts. Die Forschung konzentriert sich darauf, diese Faktoren zu optimieren und die Leistung von Solarzellen weiter zu verbessern.
Fazit
Photovoltaik-Zellen sind elektronische Bauteile, die Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Sie bestehen aus Halbleitermaterialien wie Silizium und werden in Solarzellen und Solarpaneelen verwendet. Es gibt verschiedene Arten von Solarzellen, darunter monokristalline und polykristalline Zellen, sowie Dünnschicht-, organische und Perowskit-Solarzellen. Die Solarzellentechnologie entwickelt sich ständig weiter, um die Effizienz und Leistung von Solarzellen zu verbessern. Multijunction-Solarzellen und Verbesserungen bei p-Typ-Zellen mit Gallium sind zwei Bereiche der Entwicklung, die vielversprechend sind. Mit fortschreitender Technologie wird die Solarenergie immer effizienter und kostengünstiger, was zu einer breiteren Nutzung von Solarenergie führt.