Silicium-Solarzellen

Transkript

1 Silicium-Solarzellen (Photovoltaische Zelle) Simon Schulte Sven Neuhaus

2 Agenda 1. Anwendungsbereiche 2. Vorteile der Solarenergie 3. Nachteile der Solarenergie 4. Potential der Photovoltaik 5. Geschichte der Photovoltaik 6. Das Element Silicium 7. Funktionsprinzip 8. Arten der Solarzellen 9. Projekt Desertec EUMENA 10. Quellenangaben 2

3 Anwendungsbereiche Dezentrale Stromerzeugung Raumfahrzeuge Taschenrechner Parkuhr etc. 3

4 Vorteile der Solarenergie saubere Technologie, klimaschonend unbegrenzt verfügbar erspart Brennstoffimporte Dezentrale Stromversorgung möglich Vermeidung von Energieverlusten durch Übertragung Reduzierung energiepolitische Abhängigkeiten direkte Versorgung möglich (Raumfahrzeuge ) benötigt nur vorhandene Flächen (Dächer, Brücken) 4

5 Nachteile der Solarenergie geringe Leistungsdichte, großer Flächenbedarf abhängig von Tageszeit/Wetter (Standort) keine kontinuierliche Stromerzeugung schlechte/teure Speicherungsmöglichkeiten Erzeugung von Gleichstrom energieaufwendige Herstellung hohe Kosten pro kwh 5

6 6

7 Potential 7

8 Geschichte Alexandre Edmond Becquerel entdeckt den Photoelektrischen Effekt die erste Solarzelle zur Erzeugung von Elektrizität wird gebaut (Selen) Philipp Lenard entdeckt das Lichtstrahlen beim Auftreffen auf bestimmte 1904 Metalle Elektronen aus deren Oberfläche lösen (1905 Nobelpreis) Albert Einstein veröffentlicht seine Werke zur Quantentheorie ( Nobelpreis) William B. Shockley, Walther H. Brattain und John Bardeen entdecken 1947 den p-n-übergang zufälliger Bau der ersten Solarzelle in der amerikanischen Firma Bell 1954 Arsen dotierte Silicium Solarzellen (Wirkungsgrad ca. 4%) 8

9 Silicium Eigenschaften Schmelzpunkt: 1410 C Siedepunkt: 2477 C Halbleiter/Halbmetall α-kristall (Diamantenstruktur) Vorkommen 25,8% in der Erdkruste SiO2 (Quarz, Sand) silikatische Minerale 9

10 Silicium Herstellung von Rohsilicium SiO 2 + 2C Si + 2CO 2 (2000 C) elektrothermische Reduktion Herstellung von Solarsilicium Si + 3HCl H 2 + HSiCl 3 Si + 3HCl destillative Reinigung (Siemens-Verfahren) pro 1 kg Reinstsilicium, 19 kg Abfall Reinheit: 99,99% 10

11 Funktionsweise Bändermodell a) Metallischer Leiter b) Isolator c) Halbleiter 11

12 Funktionsweise Halbleiter Fremdatom dotierter Halbleiter 12

13 Funktionsweise n-dotierung Ein Atom aus dem Silicium Gitter wurde durch ein Fremdatom ersetzt. zusätzliches Elektron zusätzlicher Energiebereich 13

14 Funktionsweise p-dotierung Ein Atom aus dem Silicium Gitter wurde durch ein Fremdatom ersetzt. fehlendes Elektron zusätzlicher Energiebereich 14

15 Funktionsweise P-Leiter Funktion Photonen Energie, regt Elektronen an Loch und Elektron bewegen sich Treffen aufeinander und erzeugen ein neues Photon 15

16 Funktionsweise Elektronen werden im p-halbleiter angeregt Durch die Bewegung entstehen Löcher pn-übergang lässt nur Elektronen durch 16

17 Funktionsweise 1. Antireflexschicht 2. n-dotierte Si-Schicht 3. np- Übergang 4. p-dotierte Si Schicht 17

18 Funktionsweise Elektronen wandern zum Minus-Pol Positive Pole wandern zum Plus-Pol 18

19 Zusammenfassung Funktionsweise Verschieden dotiertes Silicium Photonen ermöglichen Elektronen und Lochleitung Übergangsschicht keine Lochleitung möglich Übergangsschicht dicke < Diffusionslänge 19

20 Arten der Zellen Art des Silicium Kristalls ist entscheidend! 1. Monokristalline; bestehen aus Ein kristallinen Silicium scheiben (Wafern; teuer) 2. Polykristalline; Silicium Atomgitter nicht immer die gleiche Struktur 3. Amorphe Solarzellen; aufgedampftes Silicium, sehr preiswert 20

21 Desertec EUMENA bis 2050 Stromversorgung Europas zu 15% durch Erneuerbare Energien aus Desertec Solartherme Kraftwerke Windkraftanlagen Photovoltaische Anlagen Geotherme Kraftwerke Bereits große Investoren Münchener Rück Deutsche Bank RWE, e-on 21

22 22

23 ??? FRAGEN??? 23

24 Quellen Grundlagen.html /vergleichdaten.htm 24