Die Solarzelle - für eine kostengünstige und umweltschonende Energiegewinnung

In einer Zeit, in der fossile Brennstoffe stetig knapper werden, ist es an der Zeit umzudenken und auf eine Energiequelle zu bauen, die uns die Natur seit Jahrmillionen liefert. Was liegt da nicht näher, als die Sonnenenergie mit Hilfe von Solarzellen zur Energiegewinnung zu nutzen. Aber woraus besteht eine Solarzelle, wie funktioniert sie und welchen Wirkungsgrad haben Solarzellen? Die Solarzelle Als Solarzelle bezeichnet man ein elektrisches Bauelement, das durch die Strahlung der Sonne, Licht in elektrische Energie umwandelt. Dabei wird die komplette Entwicklung, die Fertigung sowie der Einsatz der Solarzelle als Photovoltaik bezeichnet. Das Wort Photovoltaik setzt sich dabei aus dem Wort Photo (Licht) und einem Bestandteil seines Namensgebers Alessandro Volta zusammen und bezeichnet die Umwandlung der Strahlungsenergie in elektrische Energie mittels Solarzellen.

Verschieden Halbleitermaterialien zur Herstellung von Solarzellen

Solarzellen bestehen im Wesentlichen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Als zweit häufigstes Element der Erdhülle ist Silizium als Halbleitermaterial geradezu prädestiniert für die Herstellung von Solarzellen. Andere Materialien wie Idium, Tellur oder Selen werden aufgrund von Ressourcenknappheit nur äußerst selten als Halbleitermaterial verwendet. Grundlegend werden Solarzellen aber in der Art ihrer Herstellung, der Energieausbeute und natürlich nach ihren Herstellungskosten untergliedert. Daher differenziert man Solarzellen auch noch aufgrund ihrer Kristallbildung in verschiedene Zelltypen.

Die unterschiedlichen Zelltypen und deren Wirkungsgrade

Polykristalline Zellen

Die kostengünstigste Variante zur Herstellung von Solarzellen bieten polykristalline Zellen. Bei diesem Herstellungsverfahren wird Silizium erhitzt und geschmolzen. Danach gießt man das flüssige Material in Formen und lässt diese allmählich abkühlen. Die so gewonnenen Platten werden dann mit einer Säge auf das gewünschte Maß gesägt und anschließend weiterverarbeitet. Jedoch birgt diese Variante auch einen kleinen Nachteil. Dadurch, dass diese Zellen beim Abkühlvorgang nicht gleichzeitig auskristallisieren, gibt es zwischen den einzelnen Kristallen Fehlerstellen, die die Energieausbeute der Zellen minimiert.

Monokristalline Zellen

Monokristalline Zellen werden aus hoch reinem Silizium gewonnen, weshalb diese Produktionsweise zwar teurer, aber auch effizienter in der Energieausbeute ist. Wichtig bei der Herstellung der Zellen ist allerdings, dass nur hoch reines Silizium verwendet wird, da es sonst zu Verunreinigungen und so zu einer falschen Ausbildung der Kristalle führen kann.

Amorphe Zellen

Amorphe Zellen besitzen im Gegensatz zu den anderen beiden Herstellungsprozessen einen deutlich geringeren Wirkungsgrad der Zellen. Dies ist dadurch begründet, dass bei amorphen Zellen die Siliziumschicht mit einer Dicke von einem Mikrometer auf eine nicht leitende Schicht aufgedampft wird. Deshalb werden diese Zellen auch als Dünnschichtzellen bezeichnet. Letztendlich bieten aber auch diese Zellen gewisse Vorteile gegenüber anderen Varianten. Zum einen sind die Herstellungskosten durch einen minimalen Verbrauch von Silizium deutlich günstiger und zweitens können so auch kleinere elektrische Geräte wie Armbanduhren oder Lampen ohne jegliche Batterien oder Akkus betrieben werden.

Die Wirkungsweise unter Laborbedingungen

Material	Wirkungsgrad in % Labor	Wirkungsgrad in % Produktion
Monokristallines Silizium	etwa 24	14 bis 17
Polykristallines Silizium	etwa 18	13 bis 15
Amorphes Silizium	etwa 13	5 bis 7

Fazit: Solarzellen stellen ein gute Alternative zu herkömmlichen Energiequellen wie Holz oder Öl her. Sie schonen die Umwelt und den Geldbeutel. Jedoch sollten die Vor- und Nachteile von Solarzellen genau abgewogen werden.

Vorteile: Solarzellen sind flexibel einsetzbar. Dabei können Leistungen von wenigen Milliwatt bis hin zu einigen Megawatt je nach Anlage erzeugt werden. Mit Solarzellen kann nicht nur Sonnenenergie in Strom umgewandelt werden. Auch diffuses Licht durch Lampen beispielsweise in Gebäuden kann genutzt werden. Nachteile

Nachteile: Die Leistungsdichte ist sehr gering, weshalb eine Vielzahl an Solarzellen benötigt wird. Die Herstellung von Solarzellen bedarf eines enormen Energieaufwands und belastet zudem die Umwelt stark.