Tandem-Solarzelle
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Eine Tandem-Solarzelle besteht aus zwei Solarzellen mit verschiedenem Material, die monolitisch übereinandergeschichtet sind. Zweck dieser Anordnung ist es, bei gleicher Lichteinfallsfläche den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen. Die beiden Solarzellen werden dabei auf einen bestimmten Wellenlängenbereich optimiert. Zusammen wird dadurch ein breiteres Spektrum des Sonnenlichtes absorbiert als mit einer Einzelzelle, was zu einem höheren Wirkungsgrad führt.
Das Problem bei herkömmlichen Solarzellen ist die geringe Umsetzung des einfallenden Lichtspektrums der Sonne. Die Absorption des Sonnenlichts führt in verschiedenen Teilen des Halbleitermaterials zur Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren. Allerdings können nur in einer bestimmten Schicht (Raumladungszone) generierte Elektronen und Löcher einen Photostrom erzeugen. Die Eindringungstiefe ist dabei von entscheidender Bedeutung, die durch Materialart und -dicke moduliert wird. Die Tandem-Solarzelle verbessert diese Situation geschickt durch die Verwendung mehrerer Materialien.
[Bearbeiten] Materialien
Für Tandem-Solarzellen werden normalerweise Kombinationen aus III-V-Halbleitern verwendet. Ziel ist es, die Materialien aufeinander so abzustimmen, dass das Licht der richtigen Wellenlänge in der dafür ausgelegten Solarzellenschicht landet. Durch die Bauform kann zusätzlich dafür gesorgt werden, dass die Photonen des Sonnenlichts durch Reflexion in den jeweiligen Schichten gehalten werden (Photonen-Recycling).
- Galliumarsenid - Germanium: Während GaAs eine hohe Bandlücke hat und daher nur Energiereiche Strahlung absorbiert, ist es für einen Teil der energieärmeren Strahlung durchlässig. Diese wird dann von der Germaniumschicht absorbiert.
- Gallium-Indium-Arsenid - Gallium-Indium-Phosphid: Sind von ihren spezifischen Absorbtionseigenschaften den unterschiedlichen Spektralbereichen des Sonnenlichts besser angepasst und erzielen damit einen höheren Wirkungsgrad. Diese monolithischen Solarzellen erreichten 2001 einen Wirkungsgrad von 31%. Eine Steigerung auf 40% wird angestrebt.
[Bearbeiten] Anwendungen
Wegen der teuren und aufwändigen Herstellungsverfahren wurden Tandem-Solarzellen zuvor nur in extraterrestrischen Anwendungen (z.B. Satelliten) verwendet. Mit Konzentrator-Systemen lässt sich das Sonnenlicht bündeln, so dass nur noch ein geringer Anteil an Halbleitermaterial benötigt wird. Damit lassen sich auch effektive Fotovoltaikanlagen aus Solarmodulen auf der Erde konstruieren. Diese benötigen eine mechanische Nachführung, um das mit Linsen gebündelte Sonnenlicht auf den einzelnen Solarzellen fokussiert zu lassen.
