Welche Arten von Solarzellen gibt es? Arbeiten, Bewerbung (PDF)

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über Solarzellen und ihr Arbeitsprinzip , verschiedene Arten von Solarzellen , Ihre Konstruktion und Bewerbung von Solarzellen. Auch herunterladen das kostenlose PDF Datei dieses Artikels.

Solarzelle und Typen

Was ist eine Solarzelle?

Bei der Umwandlung von Photovoltaik (PV) fällt Sonnenstrahlung auf Halbleitervorrichtungen, sogenannte Solarzellen die das Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln.

Ein schematisches Diagramm einer photovoltaischen Zelle (PV-Zelle) oder Solarzelle ist in der Figur angegeben.

Es beruht auf der Wirkung, die Licht auf den Übergang zwischen zwei Arten von Halbleitern hat, die als p-Typ und n-Typ bezeichnet werden. Der N-Typ hat einen Elektronenüberschuss und der P-Typ hat einen Elektronenmangel.

Wenn ein helles Licht auf eine Zelle scheint, ermöglicht die Energie des Lichts, d. h. des Photons, den Elektronen, sich von der Verbindung zwischen ihnen zu lösen.

Dies wird als photoelektrisch bezeichnet. Bei einkristallinem Silizium (4 Valenzelektronen) wird „p“ durch Dotieren von Silizium mit Bor (3 Valenzelektronen) erhalten und ist typischerweise 1 μm dick; „n“ wird durch Dotierung mit Arsen oder Phosphor (5 Valenzelektronen) erhalten und ist typischerweise 800 μm dick.

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Arten von Solarzellen

Nachfolgend sind die verschiedenen Typen von Solarzellen aufgeführt verwendet in den Sonnenkollektoren:

1. Solarzellen aus amorphem Silizium (a-Si).
2. Biohybride Solarzelle.
3. Vergrabene Kontaktsolarzelle.
4. Cadmium-Tellurid-Solarzelle (Cd Te).
5. Konzentrierte PV-Zelle (CVP und HCVP).
6. Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzellen (CI(G)S).
7. Solarzelle aus kristallinem Silizium (C-Si).
8. Farbstoffsolarzelle.
9. Hybrid-Solarzelle.
10. Mehrfachsolarzelle.
11. Monokristalline Solarzelle.
12. Nanokristall-Solarzelle.
13. Photoelektrochemische Zelle.
14. Festkörpersolarzelle.
15. Dünnschicht-Solarzelle.
16. Waferbasierte Solarzellen.

#1 Solarzellen aus amorphem Silizium (a-Si)

Dies sind modifizierte Versionen von Dünnschicht-Solarzellen. Diese Art von Solarzelle verwendet drei Schichten aus amorphem Silizium, so dass jede eine andere Bandlückenenergie hat. Die unterschiedlichen Bandlücken ermöglichen es jeder Schicht, auf einen anderen Teil des Energiespektrums der Sonne zu reagieren, um die Umwandlungseffizienz zu steigern.

Amorphe Zellen bieten eine höhere Effizienz als andere Typen und sind leicht verfügbar. Sie benötigen jedoch die doppelte Fläche, um die gleiche Leistung zu erzeugen wie eine monokristalline Solarzelle.

#2 Biohybrid-Solarzelle

Biohybrid-Solarzellen bestehen aus organischem Material (Kohlenstoff enthaltend), das ein Photosystem ist, und anorganischem Material (kein Kohlenstoff). Mehrere Schichten des Photosystems sammeln photonische Energie, wandeln sie in chemische Energie um und erzeugen einen Strom, der durch die Zelle fließt.

Der Hauptvorteil einer Biohybrid-Solarzelle besteht darin, dass sie Sonnenenergie mit einem Wirkungsgrad von 100 % in Strom umwandelt. Das bedeutet, dass durch den Wechsel von chemischer zu elektrischer Energie wenig oder gar keine Energie verloren geht.

#3 Vergrabene Kontaktsolarzelle

Die Solarzelle mit vergrabenem Kontakt ist eine hocheffiziente Solarzellentechnologie. Diese Typen werden basierend auf einem plattierten Metallkontakt in einer lasergeformten Nut betrieben.

Sie können im Vergleich zu kommerziellen siebgedruckten Solarzellen eine um etwa 25 % bessere Leistung erbringen. Die Effizienzgewinne bei der Technologie mit vergrabenen Kontakten bieten erhebliche Kosten- und Leistungsvorteile.

#4 Cadmium-Tellurid-Solarzelle (Cd Te)

Diese Art von Solarzelle verwendet Cadmiumtellurid in einer dünnen Halbleiterschicht, die Sonnenlicht absorbieren und in Elektrizität umwandeln soll. Diese fungieren als primäre Fotokonversionsschicht und absorbieren das sichtbarste Licht innerhalb des ersten Mikrometers des Materials.

Dabei erzeugt die TCO-Schicht ein elektrisches Feld, das das in der CdTe-Schicht absorbierte Licht in Strom und Spannung umwandelt. Diese Systeme sind wesentlich effizienter als vergleichbares kristallines Silizium.

#5 Konzentrierte PV-Zelle (CVP und HCVP)

Konzentrierte PV-Zellen erzeugen elektrische Energie auf die gleiche Weise wie herkömmliche Photovoltaikanlagen. CVP verwendet typischerweise gekrümmte Spiegel, um Sonnenlicht auf kleine, hocheffiziente Solarzellen mit mehreren Übergängen zu fokussieren. Diese können eine um etwa 40 % höhere Effizienz bieten und sind außerdem billiger.

#6 Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzellen (CI(G)S)

Eine Kupfer-Indium-Gallium-Selenid-Solarzelle wird verwendet, um Sonnenlichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Es wird normalerweise hergestellt, indem eine dünne Schicht aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen auf einen Glas- oder Kunststoffträger aufgebracht wird, zusammen mit Elektroden hin und her, um den Strom zu speichern.

Da das Material einen hohen Absorptionskoeffizienten hat und Sonnenlicht stark absorbiert, ist eine viel dünnere Folie erforderlich. Diese Materialien können einen erheblichen Teil des Sonnenspektrums absorbieren, wodurch sie die höchste Effizienz erreichen.

#7 Solarzelle aus kristallinem Silizium (C-Si)

Kristallines Silizium ist das wichtigste Halbleitermaterial, das in der Photovoltaiktechnologie zur Herstellung von Solarzellen verwendet wird. Diese Solarzellen bestehen aus Siliziumpartikeln, die zu einem Kristallgitter verbunden sind.

Dieses Kristallgitter stellt ein organisiertes System bereit, das die Umwandlung von Licht in Elektrizität effizienter macht. Da es einen hohen Wirkungsgrad hat, reduziert es die Kosten der endgültigen Installation.

#8 Farbstoffsensibilisierte Solarzelle

Es handelt sich um eine kostengünstige Dünnschicht-Solarzelle, die auf einem Halbleiter basiert, der zwischen einer lichtempfindlichen Anode und einem Elektrolyten, einem photoelektrochemischen System, gebildet wird. Diese Geräte werden verwendet, um Lichtenergie durch die Verwendung von organischen Farbstoffen und Halbleitern in elektrische Energie umzuwandeln.

Im Vergleich zu anderen Arten von Solarzellen funktionieren sie besser unter Hochtemperaturbedingungen und diffusem Licht. Außerdem ist es kostengünstig, einfach herzustellen und einfach zu manipulieren.

#9 Hybrid-Solarzelle

Diese Arten von Solarzellen bestehen aus zwei Materialien, organischen und anorganischen Halbleitern. Das organische Material besteht aus konjugierten Polymeren, die als Spender Licht absorbieren und Poren transportieren.

Andererseits werden anorganische Materialien als Akzeptoren und Elektronentransporter in der Struktur verwendet. Hybrid-Solarsysteme haben den Vorteil, dass sie Sonnenenergie und kostengünstigen Strom speichern. Die Nutzung von Solarenergie wurde während der maximalen Nutzungszeit ermöglicht.

#10 Mehrfachsolarzelle

Das sind Solarzellen mit mehreren p-n-Übergängen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Dabei erzeugt der p-n-Übergang jedes Materials als Reaktion auf unterschiedliche Lichtwellenlängen einen elektrischen Strom.

Diese sind in der Lage, durch getrennte Schichten unterschiedliche Wellenlängen des einfallenden Sonnenlichts zu absorbieren. Dadurch wandeln sie Sonnenlicht effizienter in Strom um als Einfachzellen.

#11 Monokristalline Solarzelle

Diese Art von Solarzelle besteht aus einem zylindrischen Siliziumstab, der aus einem Einkristall aus hochreinem Silizium ähnlich dem eines Halbleiters besteht. Es funktioniert wie eine polykristalline Solarzelle.

Fällt Sonnenlicht auf monokristalline Solarzellen, nehmen diese die Energie auf und bauen in einem komplexen Prozess ein elektrisches Feld auf. Dieses elektrische Feld umfasst die Spannung und den Strom, die Strom erzeugen. Monokristalline Solarzellen haben einen relativ hohen Wirkungsgrad.

#12 Nanokristall-Solarzelle

Die Nanokristall-Solarzellen bestehen aus einem mit Nanokristallen beschichteten Material. Die Nanokristalle bestehen aus Silizium, CdTe oder SiGs und die Substrate sind normalerweise Silizium oder verschiedene organische Halbleiter.

Diese Nanokristalle werden durch einen Schleuderbeschichtungsprozess gebildet, bei dem ein Volumen einer Quantenpunktlösung auf eine flache Oberfläche aufgebracht wird. Die Lösung wird gleichmäßig verteilt und die Oberfläche wird gedreht, bis die erforderliche Dicke erreicht ist.

#13 Photoelektrochemische Zelle

Diese Solarzellen absorbieren eine Sonnenlichtquelle auf einem Halbleiter oder Photosensibilisator, um elektrische Energie zu erzeugen, ähnlich einer farbstoffsensibilisierten Solarzelle.

Dabei besteht jede Zelle aus einer oder zwei Halbleiter-Fotoelektroden sowie einer zusätzlichen Metall- und Referenzelektrode, die in einen Elektrolyten getaucht ist. Diese sind kostengünstig und ein ziemlich einfacher Prozess, was einer ihrer Vorteile ist.

#14 Festkörper-Solarzelle

Festkörper-Solarzellen werden typischerweise für Halbleitergeräte ähnlich wie Halbleiterdioden und integrierte Schaltungen verwendet. Sie werden auch in der Halbleiterelektronik verwendet, wobei keine beweglichen Teile Geräte mit beweglichen Teilen ersetzen.

Es besteht aus zwei Kristallen, von denen einer mit einem Halbleiter vom n-Typ dotiert ist, der zusätzliche Elektronen im freien Leitungsband verstärkt. Und der andere ist mit einem Halbleiter vom p-Typ dotiert, der mehr Elektronenlöcher hinzufügt.

#15 Dünnschicht-Solarzelle

Diese Typen sind dafür ausgelegt, Sonnenlichtenergie durch Nutzung eines photovoltaischen Effekts in elektrische Energie umzuwandeln. Dünnschicht-Solarzellen werden hergestellt, indem eine oder mehrere dünne Schichten auf einem flexiblen Substrat wie Glas, Kunststoff oder Metall abgeschieden werden.

Heutzutage werden verschiedene Arten von Dünnschicht-Solarzellen aufgrund ihrer relativ geringen Kosten und ihrer Effizienz bei der Stromerzeugung verwendet. Diese werden auch in mehreren Technologien verwendet, darunter Cadmium-Tellurid, Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid und amorphes Dünnfilm-Silizium.

#16 Waferbasierte Solarzellen

Wie der Name schon sagt, bestehen Wafer-basierte Siliziumzellen aus Scheiben aus einkristallinem oder multikristallinem Silizium. Sie können den höchsten Wirkungsgrad aller Arten von Photovoltaik-Technologie erreichen. Bei dieser Solarzelle werden alle Funktionsschichten auf dem Substrat abgeschieden und transkribiert, um die elektrisch verbundenen Teilzellen zu trennen.

Funktion der Solarzelle

Die Photonen der Sonne treffen auf der mikrodünnen p-Seite auf die Zelle und dringen bis zum Übergang vor, um die Elektron-Loch-Paare zu erzeugen. Wenn die Zelle wie gezeigt mit einer Last verbunden ist, diffundieren die Elektronen von n oben. Die Stromrichtung (I) ist in entgegengesetzter Richtung der Elektronen.

Typische Spannungs-Strom-Kennlinien sind in der Abbildung bei zwei verschiedenen Sonneneinstrahlungspegeln dargestellt, für die jeweils Voc =Leerlaufspannung, Isc =Kurzschlussstrom. Die ideale Leistung der Zelle ist Vo.Isc. Die maximale Nutzleistung ist die Fläche des größten Rechtecks, das unter der IV-Kurve geformt werden kann.

Wenn die Spannung und der Strom, die dieser Situation entsprechen, mit Vm und I’m bezeichnet werden, dann ist die maximale Nutzleistung VmIm. Das Verhältnis der maximalen Nutzleistung zur idealen Leistung wird als Vollfaktor (k) bezeichnet. Typische Werte dieser Faktoren für eine Siliziumzelle sind:

Voc =450 bis 400 mV; Ioc =30 bis 50 mA/cm ² , K =0,65 bis 0,80.

Solarzellen in Form von dünnen Filmen oder Wafern wandeln 3 % bis weniger als 30 % der einfallenden Sonnenenergie in Gleichstrom um. Elektrizität. Die Verbindung solcher Zellen in Reihen-Parallel-Konfigurationen erlaubt die Gestaltung von Solarmodulen mit Hochspannungen bis zu mehreren Kilovolt.

In Kombination mit Energiespeicher- und Leistungskonditionierungsgeräten können diese Zellen als integraler Bestandteil eines kompletten solarelektrischen Umwandlungssystems verwendet werden.

Anwendungen von Solarzellen

Es gibt viele praktische Anwendungen für den Einsatz von Solarmodulen oder Photovoltaik. Es wird zunächst in der Landwirtschaft als Energiequelle für die Bewässerung verwendet. Im Gesundheitswesen können Sonnenkollektoren zur Kühlung von medizinischen Verbrauchsmaterialien verwendet werden. PV-Module werden in Photovoltaiksystemen verwendet und umfassen eine große Art von elektrischen Geräten:

Nachfolgend finden Sie die verschiedenen Anwendungen von Solarzellen:

1. Photovoltaikkraftwerke.
2. Solar-PV-Anlagen auf dem Dach.
3. Eigenständige PV-Systeme.
4. Solar-Hybrid-Energiesysteme.
5. Konzentrierte Photovoltaik.
6. Sonnenkollektoren.
7. In solargepumpten Lasern.
8. Solarfahrzeuge.
9. Wird in Solarmodulen von Raumfahrzeugen und Raumstationen verwendet.

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