Physikalische Grundlagen Herstellung, verschiedene Typen Ökonomische und ökologische Betrachtung

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1 Von Philipp Assum

2 Physikalische Grundlagen Herstellung, verschiedene Typen Ökonomische und ökologische Betrachtung

3

4 Bandlücke Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

5 Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

6 Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

7 Negative freie Ladungsträger Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

8 Positive freie Ladungsträger Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

9 Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

10 Diffusionsstrom E-Feld Driftstrom Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

11 Photostrom Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

12 V Ph V 0 E g e Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

13 Leerlaufspannung V Ph = kt e ln(1 + I Ph I 0 ) Kurzschlussstrom I Ph ~Bestrahlungsstärke Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

14 Erneuerbare Energien

15 U = kt e ln(1 I I Ph I 0 ) I = I Ph I 0 (e eu kt 1)

16 Erneuerbare Energien

17 hν E g Für hν > E g ist nur E g nutzbar, Rest in Wärme Solarstrahlung hat breite Spektralverteilung Kleine E g : viele Photonen nutzbar Große E g : hohe Leerlaufspannung

18 Erneuerbare Energien

19 Reflexion Unterschiedliche Eindringtiefe der Photonen Rekombination an Störstellen Widerstandsverluste beim Energietransport aus der Zelle

20

21 Direkte Halbeiter: hoher Absorptionskoeffizient Indirekt: Phonon zur Absorption des Photons nötig Silicium: Monokristallin (indirekt) Polykristallin (indirekt) Amorph (direkt)

22 VORTEILE Unbegrenzt vorhanden (26% der Erdkruste) Am weitesten erforschtes und technologisch am besten beherrschtes Halbleitermaterial Wird auch in der Elektronik genutzt NACHTEILE Indirekter Halbleiter (kristallin) Bandlücke nicht optimal

23 Gewinnung von hochreinem Silizium Herstellung von Scheiben, Dünnschichten Fertigung der Solarzellen Wikipedia

24 SiO 2 + 2C Si + 2CO Siemens-Verfahren (Reinigung): Si + 3HCl H 2 + HSiCl 3 Destillationsschritte Umkehrung der Reaktion Reines Silicium scheidet sich an Stäben ab Polysilicium

25 Czochralski- Verfahren Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik

26 Czochralski-Verfahren monokristalline Stangen Zersägen in Scheiben ( μm) Zuschneiden zu quadratischen Platten Wikipedia

27 Polysilizium schmelzen In Blöcke gießen und langsam erstarren lassen Zersägen zu quadratischen Platten Wikipedia

28 Erneuerbare Energien

29 Erneuerbare Energien

30 Aktive Schicht ca. 1μm Material: amorphes Silicium (a-si:h) oder andere direkte Halbleiter flexibel Wikipedia

31 Erneuerbare Energien

32 Spannungen addieren sich Unterschiedliche Bandlücken (z.b. Legierung mit C) Größere Bandlücke Licht-zugewandte Seite

33 Erneuerbare Energien

34 Erneuerbare Energien

35 Wikipedia

36 STC 1000 W m 2 25 C (Solarzellen) AM 1,5 (Air Mass)

37 Erneuerbare Energien

38 Frontscheibe Rückseitenabdeckung el. Anschlüsse Schutz vor Umwelteinflüssen Elektrische Verschaltung der Zellen Schott Solar AG

39

40 INSELSYSTEME Uhren, Taschenrechner, Notrufsäulen, Raumfahrt Energiespeicher benötigt NETZSYSTEME Kraftwerke, Dachanlagen Wechselrichter benötigt

41 Erneuerbare Energien

42 Erneuerbare Energien

43

44 Kraftwerke: 21,11 ct/kwh An oder auf Gebäuden: Bis 30 kw: 28,74 ct/kwh Bis 100 kw: 27,33 ct/kwh Bis 1 MW: 25,86 ct/kwh > 1 MW: 21,56 ct/kwh

45 Energetische Amortisierungszeit Dünnschicht: 2-3 Jahre Polykristallin: 3-6 Jahre Monokristallin: 5-7 Jahre (Wikipedia) Energetische Bewertung von PV- Modulen (2006)

46 Strahlungsangebot Deutschland: 3, Wh a Theoretisches Potenzial: 1, Wh a Stromerzeugung D 2010: 6, Wh a Techn. Angebotspotenzial: (3,2 6,9) 1014 Wh a Techn. Nachfragepotenzial: (1,5 3,0) 1014 Wh a

47 2010: 12 TWh (2%)

48 Preis: 419,75 Vmpp: 29,8 V Impp: 7,72 A Pmpp: 230 W Modulwirkungsgrad: 13,9% 60 Zellen (156 mm)² Modulfläche: 1,65 m² Gewicht: 19,8 kg Suntech Power Suntech STP-Wd230 poly

49 M.N. Rudden/ J.Wilson: Elementare Festkörperphysik und Halbleiterelektronik, Spektrum Akademischer Verlag, 1995 M. Kaltschmitt, W. Streicher, A. Wiese (Hrsg): Erneuerbare Energien, Springer-Verlag Berlin 2006 Internetquellen: Wikipedia, Christoph Kost, Dr. Thomas Schlegl: Studie: Stromgestehungskosten erneuerbare Energien 2011 Mariska de Wild-Scholten, Erik Alsema: Energetische Bewertung von PV-Modulen, Energy Research Centre of the Netherlands (ECN), Unit Solar Energy und Copernicus Institut Erneuerbare Energien Gesetz 2009,

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