Techniklexikon

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 E_gap = 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.

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Halbleiter	bottom:solid black 1.1pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Bandabstand [eV]	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 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
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> WSe2	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'>  1,3

 

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 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.