Bereich der Lichtabsorptionsbänder von Solarmodulen
Solarmodule erfreuen sich in den letzten Jahren immer größerer Beliebtheit. Sie sind eine kostengünstige, umweltfreundliche und erneuerbare Energiequelle. Sonnenkollektoren wandeln Sonnenlicht in Elektrizität um, indem sie ein spezielles Material namens Solarzelle verwenden. Die Solarzelle besteht aus verschiedenen Materialien, die Licht unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren können.
Lichtabsorption in monokristallinen Siliziumsolarzellen
Monokristallines Silizium ist ein Hochleistungsmaterial für Solarzellen. Es weist einen hohen Reinheitsgrad und eine gleichmäßige Kristallstruktur auf, was eine bessere Elektronenmobilität ermöglicht. Monokristalline Silizium-Solarzellen haben typischerweise einen Lichtabsorptionsbereich von 300–1100 nm, wobei die maximale Absorptionsbande bei etwa 780 nm liegt. Dies bedeutet, dass die Solarzellen den größten Teil des sichtbaren Lichtspektrums sowie einen Teil des Lichts im nahen Infrarot absorbieren können.
Allerdings ist ab 1100 nm ein merklicher Abfall der Absorptionseffizienz zu verzeichnen. Dies liegt daran, dass monokristallines Silizium ein Material mit indirekter Bandlücke ist. Materialien mit indirekter Bandlücke haben eine höhere Energieschwelle für den Übergang von Elektronen vom Valenzband zum Leitungsband. Das bedeutet, dass Photonen mit geringerer Energie nicht effektiv vom Material absorbiert werden können. Daher sind monokristalline Silizium-Solarzellen nicht in der Lage, eine nennenswerte Menge des längerwelligen (energieärmeren) Lichts zu absorbieren.
Lichtabsorption in Dünnschicht-Siliziumsolarzellen
Dünnschicht-Siliziumsolarzellen bestehen aus mehreren Siliziumschichten mit unterschiedlichen Dicken und Dotierstoffen. Ihre Herstellung ist in der Regel kostengünstiger als monokristalline Silizium-Solarzellen. Der Lichtabsorptionsbereich von Dünnschicht-Siliziumsolarzellen unterscheidet sich von dem von monokristallinen Siliziumsolarzellen. Dünnfilmsilizium absorbiert Licht in einem breiteren Wellenlängenbereich, insbesondere im Bereich von 400 – 800 nm. Das bedeutet, dass sie den Großteil des sichtbaren Lichtspektrums absorbieren können, jedoch nicht so viel des nahen Infrarotlichts wie monokristallines Silizium.
Dünnschicht-Siliziumsolarzellen können weiter in drei Typen eingeteilt werden: amorphes Silizium (a-Si), mikrokristallines Silizium (μc-Si) und nanokristallines Silizium (nc-Si). Jeder Typ hat eine andere Bandlücke und einen anderen Absorptionsbereich. Amorphes Silizium hat eine Bandlücke von etwa 1,7 eV und kann Licht im Bereich von 300 – 800 nm absorbieren. Mikrokristallines Silizium hat eine Bandlücke von etwa 1,3 eV und kann Licht im Bereich von 400 – 700 nm absorbieren. Nanokristallines Silizium hat eine Bandlücke von etwa 2,0 – 2,2 eV und kann Licht im Bereich von 300 – 600 nm absorbieren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass monokristalline Siliziumsolarzellen eine maximale Absorptionsbande bei etwa 780 nm haben und den größten Teil des sichtbaren Lichtspektrums sowie einen Teil des nahen Infrarotlichts absorbieren können. Dünnschicht-Siliziumsolarzellen hingegen haben einen breiteren Absorptionsbereich als monokristallines Silizium, aber nicht so viel Licht im nahen Infrarot. Der spezifische Absorptionsbereich und die Effizienz hängen von der Art des Dünnschichtsiliziums ab. Unabhängig von der Art der Solarzelle stellen Solarmodule eine nachhaltige und erneuerbare Energiequelle dar. Mit weiteren technologischen Fortschritten werden Solarmodule in der Lage sein, noch mehr Energie mit noch größerer Effizienz bereitzustellen.