Halbleiter
Material mit elektrischer Leitfähigkeit zwischen Leiter und Isolator – Grundmaterial für Solarzellen, meist Silizium.
Auch bekannt als: Semiconductor
Was ist ein Halbleiter?
Ein Halbleiter ist ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit zwischen der eines Leiters (z. B. Kupfer) und eines Isolators (z. B. Glas) liegt. Durch gezielte Verunreinigung (Dotierung) kann die Leitfähigkeit präzise gesteuert werden. Silizium ist der mit Abstand wichtigste Halbleiter in der Photovoltaik.
Funktionsprinzip in Solarzellen
Halbleiter besitzen eine Bandlücke zwischen Valenzband und Leitungsband. Wenn ein Photon mit ausreichend Energie auf den Halbleiter trifft, wird ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband gehoben – es entsteht ein freier Ladungsträger und ein „Loch”. Durch die Dotierung entsteht ein elektrisches Feld, das die Ladungsträger trennt.
Dotierung
| Typ | Dotierstoff | Wirkung |
|---|---|---|
| n-Typ | Phosphor (5 Valenzelektronen) | Überschuss an Elektronen |
| p-Typ | Bor (3 Valenzelektronen) | Überschuss an „Löchern” |
Der Übergang zwischen n- und p-dotierter Schicht bildet den p-n-Übergang, das Herzstück jeder Solarzelle.
Halbleitermaterialien in der PV
- Silizium (Si): 95 % Marktanteil, kristallin oder amorph
- Cadmiumtellurid (CdTe): Dünnschicht
- CIGS: Kupfer-Indium-Gallium-Selenid, Dünnschicht
- Perowskit: Zukunftstechnologie
Praxistipp
Die Reinheit des Siliziums bestimmt maßgeblich den Wirkungsgrad der Solarzelle. Solarsilizium hat eine Reinheit von 99,9999 % (6N), elektronisches Silizium sogar 99,999999999 % (11N).
Verwandte Begriffe
Solarzelle
TechnikHalbleiterbauelement, das Sonnenlicht durch den photoelektrischen Effekt direkt in elektrischen Strom umwandelt.
Photoelektrischer Effekt
TechnikPhysikalischer Effekt, bei dem Lichtphotonen Elektronen aus einem Material herauslösen – Grundlage der Photovoltaik.
Monokristallin
TechnikSolarzellentyp aus einkristallinem Silizium mit hohem Wirkungsgrad und charakteristisch dunkler, gleichmäßiger Oberfläche.
Polykristallin
TechnikSolarzellentyp aus multikristallinem Silizium mit bläulicher Optik und etwas geringerem Wirkungsgrad als monokristalline Zellen.
AC/DC (Wechselstrom/Gleichstrom)
TechnikAC (Alternating Current) ist Wechselstrom aus der Steckdose, DC (Direct Current) ist Gleichstrom aus Solarmodulen und Batterien.
Aufständerung
TechnikMontagesystem, das Solarmodule in einem optimalen Neigungswinkel auf Flachdächern oder Freiflächen aufstellt.