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Panels Photovoltaische Solarenergie

Dünnschicht-Solarzelle

Dünnschicht-Solarzelle

Dünnschichtsolarzellen sind eine zweite Generation von Solarzellen. Diese Zellen werden durch Abscheiden einer oder mehrerer dünner Schichten oder Dünnfilme (TF) aus photovoltaischem Material auf einem Substrat wie Glas, Kunststoff oder Metall aufgebaut.

Die Dicke des Films variiert von wenigen Nanometern (nm) bis zu mehreren zehn Mikrometern (µm). Der Film ist viel dünner als die herkömmliche Solarzelle aus kristallinem Silizium (c-Si) der ersten Generation, die Wafer mit einer Dicke von bis zu 200 µm verwendet.

Dadurch können Dünnschichtzellen flexibel und leichter sein. 

Derzeit wird viel geforscht, um die Effizienz dieser Technologien zu steigern, da sie versprechen, das Ziel einer kostengünstigen, hocheffizienten Produktion zu erreichen.

Wo werden Dünnschichtsolarzellen eingesetzt?

Es wird beim Bau integrierter Photovoltaik-Energiesysteme und als halbtransparentes Photovoltaik-Verglasungsmaterial verwendet, das in Fenster laminiert werden kann.

Andere kommerzielle Anwendungen verwenden starre Dünnschicht- Solarmodule (zwischen zwei Glasscheiben eingeklemmt) in einigen der größten Photovoltaikkraftwerke der Welt.

Auch für den Einsatz in Raumfahrzeugen sind diese Solarzellen aufgrund ihres geringen Gewichts eine gute Option.

Arten von Dünnschicht-Photovoltaikzellen

Viele der photovoltaischen Materialien werden mit unterschiedlichen Abscheidungsverfahren auf einer Vielzahl von Substraten hergestellt. Dünnschichtsolarzellen werden allgemein nach dem verwendeten Photovoltaikmaterial eingeteilt. Nach diesen Kriterien werden die folgenden Arten von Dünnschicht-Photovoltaikzellen gefunden.

  • Amorphes Silizium (a-Se) und andere Dünnschichtsilikone (TF-Se)

  • Cadmium-Tellur (CdTe)

  • Gallium-Indium-Kupferselenid (CIS oder CIGS)

  • Farbempfindliche Solarzellen (DSC) und andere organische Solarzellen.

  • Galliumarsenid (GaAs)

Cadmium-Tellur (CdTe)

Cadmiumtellurid ist die fortschrittlichste Dünnschichttechnologie. Ungefähr die Hälfte der weltweiten Produktion von Photovoltaikmodulen und mehr als die Hälfte des Marktes für Dünnschichten sind in den Händen dieser Technologie.

Die In-vitro-Zelleffizienz hat sich in den letzten Jahren erhöht und entspricht der von CIGS-Dünnfilm und nahe der Effizienz von multikristallinem Silizium.

Während Umweltbedenken hinsichtlich der Toxizität von Cadmium vollständig behoben werden können, indem Cadmium am Ende seiner Lebensdauer recycelt wird. Auch der Einsatz knapper Materialien kann ein Problem für die Wirtschaftlichkeit dieses Zelltyps darstellen.

Gallium-Indium-Kupferselenid (CIS oder CIGS) 

Eine Selen-Gallium- oder CIGS-Photovoltaikzelle verwendet ein Adsorptionsmittel aus Selen-Gallium-Indium und Kupfer, wobei die anderen Arten von freiem Gallium als CIS abgekürzt werden.

Diese Technologie ist eine der drei Hauptrichtungen von Dünnschichtzellen, die anderen beiden sind Cadmiumtellurid und amorphes Silizium, das einen Laborwirkungsgrad von 5 % und einen Marktanteil von 5 % hat.

amorphes Silizium

Amorphes Silizium ist eine multiple Form von nichtkristallinem Silizium und stellt die bisher fortschrittlichste Dünnschichttechnologie dar. Produkte auf Siliziumbasis sind weniger problematisch als CIS- und CdTe-Produkte.

Darüber hinaus ist die Verwendung von Standard-Silizium aufgrund des politischen Widerstands gegen den Einsatz von nicht-grünen Materialien in der Solarstromerzeugung nicht zu beanstanden.

Siliziummodule werden in drei Kategorien eingeteilt:

  • Photovoltaikzellen aus amorphem Silizium

  • Multikristalline Tandem-Photovoltaikzellen

  • Dünnfilm aus multikristallinem Silizium auf Glas

Konversionseffizienz von Dünnschichtmodulen

Die Dünnschichttechnologie war schon immer billiger, aber weniger effizient als die herkömmliche c-Si-Technologie. Im Laufe der Jahre hat es sich jedoch deutlich verbessert.

Der Laborzellenwirkungsgrad für CdTe und CIGS übersteigt jetzt 21 Prozent und übertrifft damit multikristallines Silizium, das derzeit in den meisten Solar-PV-Systemen vorherrschende Material.

Beschleunigte Lebensdauertests von Dünnschichtsolarzellen unter Laborbedingungen ergaben eine etwas schnellere Degradation im Vergleich zu herkömmlicher PV, während allgemein eine Lebensdauer von 20 Jahren oder mehr erwartet wird.

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Erscheinungsdatum: 26. September 2019
Geändert am: 29. Juni 2022