In dieser Arbeit werden die allgemeinen physikalischen Grundlagen, der Aufbau und die Funktionsweise von Solarzellen erläutert. Anschließend werden die wichtigsten Parameter wie die Leerlaufspannung (VOC), Kurzschlussphotostrom (ISC), Kurzschlussstromdichte (JSC) der Füllfaktor (FF), die Quantenausbeute (QE) und Energieumwandlungseffizienz (η) erklärt, die die Qualität von Photovoltaik-Anlagen maßgeblich bestimmen.
Der Hauptteil beschäftigt sich mit einer vergleichenden Betrachtung der bisher wichtigsten anorganischen-, organischen- und Hybridsolarzelltypen. Dabei wird ihr bisher maximal erreichter Wirkungsgrad, der Handelsstand, der Aufbau, die Funktionsweise und Die Herstellungsmethoden dargestellt. Besonders detailliert wird auf die Hybrid-Perowskit-Solarzellen eingegangen, da diese wegen ihres Rekordwirkungsgrades von 22,1% und die relativ kostengünstige Herstellung unter den Dünnschicht-Solarzellen aktuell als ein Durchbruch in der Photovoltaik-Technologie angesehen werden. Die gewonnenen Erkenntnisse aus dieser Arbeit werden unter Berücksichtigung der aus der Literatur bekannten Techniken und Morphologien dazu verwendet, neue Vorschläge und Lösungsansätze für die Optimierung der licht-aktiven Schicht von Solarzellen zu diskutieren.
Inhaltsverzeichnis
Historie
Grundlagen
Die Parameter von Solarzellen
Solarzellentypen
Anorganische Dickschichtsolarzellen
c-Si-Solarzellen
Heterosolarzelle (c-Si uns a-Si
CdTe , GaAs, CIGS, Multi-junction-Konzentrator Solarzellen
CZTS(Se), (Cu2ZnSn(Se)4)
Organische Solarzellen
Polymersolarzellen
Solarzellen basieren auf kleine Moleküle
Hybridsolarzellen
Farbstoffsensibilisierte Solarzelle (DSSC), Grätzelzelle
Quantum dot Solarzellen
Perowskit-Solarzellen
Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit gibt einen umfassenden Überblick über verschiedene Technologien der Photovoltaik, erläutert die physikalischen Grundlagen der Energieumwandlung und vergleicht die Effizienz sowie Herstellungsprozesse unterschiedlicher Solarzellentypen.
- Physikalische Grundlagen der Photovoltaik und Wirkungsweise von Solarzellen
- Leistungsparameter wie Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom und Füllfaktor
- Anorganische Dünnschicht- und Dickschichttechnologien
- Organische und hybride Solarzellkonzepte inklusive Grätzel- und Quantenpunktzellen
- Entwicklung und Potential von Perowskit-Solarzellen
Auszug aus dem Buch
Die Parameter von Solarzellen
Die Leerlaufspannung (Voc): Die maximale Spannung, die eine Solarzelle aufbauen kann, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist.
Beispielsweise bei organischen Solarzellen entspricht sie der Differenz der beteiligten HOMOs des Donators und LUMOs des Akzeptors.
Zusammenfassung der Kapitel
Historie: Dieses Kapitel gibt einen chronologischen Überblick über die wichtigsten Meilensteine der Photovoltaik von der Entdeckung des photoelektrischen Effekts bis zur heutigen Bedeutung der Solarenergie.
Grundlagen: Hier werden die physikalischen Prinzipien der Lichtabsorption, die Funktionsweise des p-n-Übergangs und die zentralen Faktoren für Energieverluste in Solarzellen erläutert.
Die Parameter von Solarzellen: Dieses Kapitel definiert und analysiert die entscheidenden Kennzahlen zur Leistungsbewertung von Solarzellen, darunter die Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom und den Füllfaktor.
Solarzellentypen: Es erfolgt eine detaillierte technische Differenzierung zwischen anorganischen, organischen und hybriden Systemen sowie eine Untersuchung deren spezifischer Herstellungsmethoden.
Organische Solarzellen: Die Besonderheiten von Polymeren und kleinen Molekülen als aktive Schichten in der Photovoltaik werden hinsichtlich ihres Banddiagramms und ihrer Effizienz diskutiert.
Hybridsolarzellen: Dieses Kapitel behandelt spezialisierte Architekturen wie die Grätzelzelle, Quantenpunkt-Solarzellen und Perowskit-Systeme und deren jeweilige technologische Herausforderungen.
Zusammenfassung: Das Fazit stellt die Bedeutung der Solarenergie als zukunftsweisende Technologie heraus und hebt das Potenzial von Perowskit-Solarzellen hervor.
Schlüsselwörter
Photovoltaik, Solarenergie, Halbleiter, p-n-Übergang, Leerlaufspannung, Kurzschlussstrom, Wirkungsgrad, Dünnschichttechnologie, Perowskit, Grätzelzelle, Organische Photovoltaik, Bandlücke, Quantenpunkt, Ladungsträgertrennung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit im Kern?
Die Arbeit liefert eine vergleichende Analyse verschiedener Solarzellentechnologien und ihrer physikalischen Wirkungsweisen.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Die Arbeit behandelt anorganische, organische und hybride Zelltypen sowie deren Herstellungsprozesse und Effizienzparameter.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist ein systematischer Vergleich der Leistungsfähigkeit und der physikalischen Grundlagen der unterschiedlichen Photovoltaik-Architekturen.
Welche wissenschaftlichen Methoden finden Anwendung?
Es wird eine deskriptive Analyse physikalischer Kennlinien und ein Vergleich technischer Datenblätter sowie wissenschaftlicher Studien angewandt.
Was wird im Hauptteil detailliert behandelt?
Der Hauptteil analysiert die Funktionsweise von Solarzellen, die Bedeutung von Kennlinien (I-U-Kurven) und verschiedene Materialsysteme wie Silizium, GaAs, CIGS und Perowskite.
Durch welche Schlüsselwörter lässt sich die Arbeit am besten charakterisieren?
Photovoltaik, Wirkungsgrad, Halbleiter, Ladungstrennung und Solarzellentypen.
Was macht Perowskit-Solarzellen besonders?
Sie zeichnen sich durch ein hohes Effizienzpotenzial bei gleichzeitig günstigen Herstellungsmöglichkeiten aus, was sie für die Zukunft sehr attraktiv macht.
Warum sind die Parameter wie Füllfaktor und Leerlaufspannung so wichtig?
Diese Parameter geben direkten Aufschluss über die Qualität und die Effizienzverluste einer Solarzelle und sind essenziell für die Optimierung des Designs.
- Arbeit zitieren
- Sadik Mejid (Autor:in), 2016, Wie kann man die licht-aktive Schicht von Solarzellen optimieren? Vergleichende Betrachtung von anorganischen-, organischen- und Hybridsolarzelltypen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/475211
