Zusammenfassung

Diese Arbeit soll es dem Leser ermöglichen, die Herstellung und Anwendungen von monokristallinen-, polykristallinen- sowie Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium zu verstehen. Dabei werden die einzelnen

Herstellungsverfahren zum Erzeugen des Grundmaterials sowie die einzelnen Produktionsschritte beschrieben. Durch die Darlegung der Einsatzgebiete der einzelnen Zellentypen werden objektiv die Vor- und Nachteile der einzelnen Solarzellentypen gezeigt.

Es wird noch zusätzlich die technische Realisierung von Photovoltaik und der Aufbau von Solarzellen anschaulich erklärt und dargestellt. Außerdem werden kurz die wichtigsten Meilensteine und Erfinder der Photovoltaik genannt.

Zum Schluss wird kurz auf die zukünftigen Technologien wie Nanobeschichtungen für Solarzellen bzw. Nanozellen eingegangen.

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Abstract

The purpose of this research was, to explain how solar cells especially signalcrystal, polycrystalline and amorphous cells will produce and which applications are for them. In order to show how a solar cell works, this study will describe all necessary production steps and also illustrate the extraction of the required base materials. To understand the function of these cells, a technical explanation will provide the implementation of photovoltaic. A short historic overview about important milestones and inventors helps to understand the progress at the beginning of photovoltaic. At the end a short prospect will show further possibilities in the development with NANO-technology.

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Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung   3

Abstract   4

1  Entstehung der Photovoltaik  8

2  Technische Realisierung  9

2.1  Prinzip  9

2.2  Umwandlung  9

2.3  Aufbau und Funktion einer Solarzelle  11

3  Solarzellentypen  12

3.1  Monokristalline Solarzellen  12

3.1.1  Herstellungsprozess von monokristallinen Solarzellen  13

3.1.2  Anwendungsgebiete von monokristallinen Solarzellen  16

3.2  Polykristalline Solarzellen  17

3.2.1  Herstellung von polykristallinen Solarzellen  18

3.2.2  Anwendungen von polykristallinen Solarzellen  21

3.3  Dünnschicht Solarzellen aus amorphem Silizium  22

3.3.1  Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen  23

3.3.2  Anwendungen für Dünnschicht-Solarzellen  26

4  Nanotechnologien  27

4.1  Nanobeschichtungen  27

4.2  Nanozellen  28

4.3  Resümee  29

5  Literaturverzeichnis  30

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Abbildungsverzeichnis   

Abb.1  Generationsprozess  10

Abb.2  Solarzellenaufbau  11

Abb.3  monokristalline Solarzellen  12

Abb.4  CZOCHRALSKI-Verfahren  13

Abb.5  Zonenziehen  14

Abb.6  Polykristalline-Solarzelle  17

Abb.7  Si-Gussblock  18

Abb.8  Gusstechnik für kolumnares Silizium  19

Abb.9  Siebdruckverfahren  20

Abb.10  Dünnschicht Solarzelle  22

Abb.11  Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen Schritt 1-2  23

Abb.12  Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen Schritt 3-4  24

Abb.13  Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen Schritt 5-6  25

Abb.14  Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen Schritt 7-8  25

Abb.15  Nanobeschichtung  27

Abb.16  Nanozellen  28

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Abkürzungsverzeichnis

GPS Global Positioning Unit LED Light Emitting Diode CZ CZOCHRALSKI FZ Floating Zone

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1 Entstehung der Photovoltaik

Die Menschheit war schon immer fasziniert von den Himmelskörpern, die sich am Himmel auftaten. Sie nutzten schon sehr früh die Himmelskörper für verschiedene Aufgaben. Beispielweise richteten die Ägypter mit Hilfe der Sonne Ihre Pyramiden genau nach den Himmelsrichtungen Nord-Süd sowie Ost-West aus. Ebenso nutzte die Schiffart die Himmelskörper als Orientierung mit Hilfe eines sogenannten Sextanten, um die eigene Position festzustellen. Erst Jahrhunderte später wurden Satteliten ins Weltall geschossen, um sich mit deren Hilfe durch das heute viel eingesetzte GPS (Global Positioning System) zu positionieren.

Die ersten wissenschaftlichen Untersuchungen der Beeinflussbarkeit von Materie und Licht verdanken wir heute Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891) Paris. ¹ Er untersuchte Metallsalze und Metallelektroden im Elektrolyt und fand durch seine Experimente heraus, dass unter Einwirkung von Licht, Selen, nicht aber Kupfer seine Leitfähigkeit durch Lichteinstrahlung verändert. 2

Die eigentliche Nutzung von Solarzellen wurde aber erst nach der Erfindung der Diode von Ferdinand Braun 1874 ermöglicht. 3

1945 wurde die erste Silizium-Solarzelle von den amerikanischen Forschern Chapin, Fuller und Person entwickelt. 4

Die Energiekrise in den siebziger Jahren führte dazu, dass die ersten terrestrischen Solarzellen von Spear und Lecomber entwickelt wurden. 5

¹ Vgl.: Wagemann Hans-Günther und Eschrich Heinz (2007): Photovoltaik. Solarstrahlung und

Halbleitereigenschaften Solarzellenkonzepte und Aufgaben. Bd. 1. Wiesbaden: B.G Teubuner

Verlag GWV Fachverlage GmBH. S. 3.

² Vgl.: Wagemann und Eschrich (2007): Photovoltaik. S. 3.

³ Vgl.: Wagemann und Eschrich (2007): Photovoltaik. S. 3.

⁴ Vgl.: Wagemann und Eschrich (2007): Photovoltaik. S. 4.

⁵ Vgl.: Wagemann und Eschrich (2007): Photovoltaik. S. 4.

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