Photovoltaik Lexikon

Das Lexikon bietet Ihnen Erklärungen zu Fachbegriffen aus dem Bereich Photovoltaik.

 

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A

A: Abk. für Ampere

a-Si:H: Abk. für wasserstoffhaltiges amorphes Silizium, siehe auch amorphe Solarzellen

Abschattung: die durch Wolken oder Gegenstände, z.B. Kamine, Bäume oder Antennen geworfenen Schatten führen zu Ertragseinbußen der Photovoltaikanlage und teilweise zu Schäden durch Hot Spots.

Absorption: lat. für »in sich aufnehmen«, wird die Intensität von Licht beim Durchgang durch ein Material abgeschwächt, spricht man von Absorption.

Absorptionskoeffizient: Maß für die Stärke der Absorption. Der Absorptionskoeffizient ist abhängig von der Wellenlänge des Lichts.

AC: Abk. alternate current, engl. für Wechselstrom

Ah: Abk. ampere hour, engl. für Amperestunde

Akzeptor: Dotieratom, das in einem Halbleiter ein Elektron aufnehmen kann. Für Silizium werden in der Regel Boratome als Akzeptoren verwendet. Siehe auch Dotierung

Alterung, auch Degradation genannt: Erniedrigung des Solarzellenwirkungsgrades mit der Dauer der Beleuchtung. Dieser Effekt ist wissenschaftlich noch nicht geklärt. Von der Alterung betroffen sind in der Regel nur amorphe Solarzellen. Laborversuche haben ergeben, dass nach etwa 1.000 Sonnenstunden ein stabiler Sättigungswert für den Wirkungsgrad erreicht wird. Siehe auch amorphes Silizium.

AM: Abk. air mass, engl. für Luftmasse. Die Luftmasse der Erdatmosphäre, durch die das Sonnenlicht dringt, beeinflusst dessen spektrale Zusammensetzung. Der Zahlenwert bei AM 1.5 ist der Faktor, um den der minimale Weg durch die Atmosphäre bei senkrechtem Einfall verlängert wird.

amorphes Silizium: (Abk. a-Si:H), Atome in amorphem Material sind unregelmäßig angeordnet (amorph: griech. gestaltlos). Wegen des hohen Absorptionsvermögens des a-Si:H genügen in der Solarzelle Schichten von 0.5 µm Dicke. Siehe auch Dünnschichttechnik

amorphe Solarzelle: Solarzelle aus amorphem Silizium. Wird mit Hilfe der Dünnschichttechnik hergestellt. Die amorphe Solarzelle mit dem höchsten Wirkungsgrad sind Stapelsolarzellen.

Amortisationszeit: Zeit, in der eine Photovoltaikanlage durch Stromerzeugung die Investitionskosten wieder einspielt. Die Amortisationszeit ist abhängig von der Einspeisevergütung und deren Laufzeit, den Investitionskosten sowie dem Jahresenergieertrag der Anlage. Nicht zu verwechseln mit der Energierücklaufzeit.

Ampere: (Abk. A) Maßeinheit für die elektrische Stromstärke

Amperestunde: (Abk. Ah) physikalische Einheit der elektrischen Ladung. Dieses Produkt aus Stromstärke und Zeit gibt die gespeicherte Ladungsmenge in einer Batterie oder einem Akku an.

Anode: positiv geladene Elektrode in einer Farbstoffzelle. An der Anode findet der elektrische Übergang vom Metall zum flüssigen Elektrolyt statt.

Antireflexschicht: wenige Millionstel Millimeter dünne, transparente Schicht, die Reflexionsverluste minimiert. Licht, das von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird, kann nicht absorbiert werden und trägt somit nicht zur Stromerzeugung bei. Die Antireflexschicht erhöht bei Solarzellen also die Lichtausbeute und somit den Wirkungsgrad.

B

Back Surface Field: (Abk. BSF) zusätzliches elektrisches Feld auf der Rückseite der kristallinen Solarzelle, das den Stromertrag erhöht.

Bandlücke: die Bandlücke eines Halbleiters bezeichnet den energetischen Abstand zwischen Valenzband und Leitungsband eines Halbleiters. Sie bestimmt im wesentlichen das Absorptionsverhalten eines Halbleiters.

Becquerel: Alexandre-Edmond, franz. Physiker, entdeckte im Jahre 1839 den photovoltaischen Effekt: Bei Bestrahlung einer Silberelektrode in einem Elektrolyt tritt eine elektrische Spannung auf. Siehe auch Photovoltaik

Bifacial-Zelle: Solarzelle, die Licht von beiden Seiten ausnutzen kann; z.B. kann von der Rückseite der Zelle zusätzlich Licht absorbiert werden, das von einer weißen Hauswand reflektiert wird.

Blockguss-Verfahren: Verfahren zur Herstellung von polykristallinen Siliziumblöcken, bei dem durch kontrolliertes Erstarren Kristalle von bis zu mehreren Zentimetern Breite durch den ganzen Block wachsen. Diese Blöcke haben in der Regel Querschnitte von 30 x 30 cm.

BSF: engl. Back Surface Field.

Bypass-Diode: Parallel zu einer Solarzelle geschaltete Diode, die bei Abschattung einer einzelnen Solarzelle (in einer Reihenschaltung) den Strom der übrigen Solarzellen an dieser vorbeileitet. Siehe auch Hot Spot

C

C: Abk. direct current, engl. für Gleichstrom

Cadmium-Tellurid: (Abk. CdTe) ein II-VI-Verbindungs-Halbleiter mit einer Bandlücke von 1.45 eV und hohem Absorptionsvermögen. Siehe auch Absorption, Dünnschichtsolarzelle, Verbindungs-Halbleiter

CdTe: Abk. für Cadmium-Tellurid

c-Si: Abk. crystalline-silicon, engl. für kristalline Si-Dünnschichtsolarzellen

CIGS: Abk. Copper Indium Gallium Diselenide engl. für Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid

CIS: Abk. für Copper-Indium-Diselenide, engl. für Kupfer-Indium-Diselenid

Czochralsky-Verfahren: Verfahren zur Herstellung von Silizium-Einkristallen, bei dem ein Kristall aus der Silizium-Schmelze gezogen wird. Unter Zieh- und Drehbewegungen scheidet sich an einem Kristallisationskeim ein zylindrischer Silizium-Einkristall ab. Für die Schmelze werden bereits hochreine polykristalline Siliziumstücke verwendet, denen je nach gewünschter Dotierung des Einkristalls hochdotiertes Silizium zugegeben wird.

D

Degradation: Alterung

diffuse Strahlung: die einfallende Sonnenstrahlung teilt sich in einen direkten und einen diffusen Anteil auf. Diffuse Strahlung ist all die Strahlung, die nicht auf geometrisch geradlinigem Weg von der Sonne auf den Beobachtungspunkt fällt. Siehe auch direkte Strahlung

Diffusion: Bestreben der Ladungsträger, sich gleichmäßig zu verteilen, um so ein Konzentrationsgefälle auszugleichen.

Diffusionslänge: Wegstrecke, die ein Ladungsträger in einem Halbleiter durch Diffusion zurücklegen kann, bis er am Ende seiner Lebensdauer rekombiniert. Rekombination Diffusionszelle, die Löcher und Elektronen, die bei der Lichtabsorption entstehen, bewegen sich nur durch Diffusion bis in die Raumladungszone und werden dort durch das elektrische Feld des pn-Übergangs getrennt. Typisches Beispiel einer Diffusionszelle ist die kristalline Siliziumsolarzelle.

Diode: elektronisches Halbleiterbauelement, das elektrischen Strom nur in eine Richtung fließen läßt. Eine Solarzelle ist im Prinzip eine großflächige, beleuchtete Diode. Eine Diode wird durch ihre I-U-Kennlinie beschrieben.

direkte Strahlung: Sonneneinstrahlung, die auf direktem Weg von der Sonne die Erdoberfläche erreicht. Zur direkten Sonneneinstrahlung addiert sich die diffuse Strahlung.

Donator: Dotieratom, das in einem Halbleiter ein Elektron abgeben kann. Für Silizium werden in der Regel Phosphoratome als Donatoren verwendet.

Dotieratom: Fremdatome, die eine andere chemische Wertigkeit als das umgebende Material haben.

Dotierung: durch gezielte Zugabe von kleinen Mengen sogenannter Dotieratome kann die elektrische Leitfähigkeit erheblich gesteigert werden. Dotierte Halbleiter werden zur Herstellung von pn-Übergängen in Solarzellen und elektronischen Bauteilen verwendet.

Drahtsäge: bestehend aus einem diamantbesetzten, langen Draht, der so über rotierende Walzen geführt wird, dass ein ganzer Ingot oder polykristalliner Block in einem Arbeitsgang in viele Wafer gleichzeitig zersägt werden kann.

Driftzelle: in einer Driftzelle befindet sich die gesamte Absorptionszone der Solarzelle im Bereich des elektrischen Feldes der Solarzelle. Die Ladungsträger werden nach ihrer Erzeugung sofort durch das elektrische Feld getrennt und »driften« (Bewegung im elektrischen Feld) in entgegengesetzte Richtungen. Typisches Beispiel für eine Driftzelle ist die amorphe Solarzelle.

Dünnschichtsolarzelle: Bezeichnung für dünne Solarzellen, deren Herstellungsprozeß, die Dünnschichttechnik ohne Wafer auskommt. Die wichtigsten Materialien für Dünnschichtsolarzellen sind a-Si:H, CdTe, CIS, GaAs.

Dünnschichttechnik: Bezeichnung für die Herstellungstechnik dünner Solarzellen, die direkt auf ein kostengünstiges Trägermaterial (Glas, Metallfolie, Plastikfolie) abgeschieden werden. Vorteile der Dünnschichttechnik sind Material- und Energieeinsparungen beim industriellen Herstellungsprozess, die einfache Dotierbarkeit und die Möglichkeit, großflächige Solarzellen zu produzieren. Die wichtigsten Materialien, die für Dünnschichttechnik geeignet sind, sind: a-Si:H, CdTe, CIS, GaAs.

E

Effizienz: Siehe Wirkungsgrad

EFG-Verfahren: Abk. Edgedefined Film Growth, engl. für kantendefiniertes Filmwachstum. Bei diesem Verfahren wird ein achteckiges Rohr aus der Siliziumschmelze gezogen, dessen Kantenlängen etwa 10 Zentimeter beträgt und das bis zu 5 Meter lang sein kann. Das so entstandene polykristalline Rohr wird an den Kanten zersägt und zu 10 × 10 Zentimeter großen Wafern verarbeitet. Vorteile gegenüber dem Blockguss-Verfahren sind ein geringerer Sägeaufwand und geringere Sägeverluste.

EG-Si: Abk. Electronic Grade Silizium, engl. für Silizium mit einem sehr hohen Reinheitsgrad, der in der Chipindustrie erforderlich ist.

Einkristall: zeichnet sich durch eine völlig regelmäßige Anordnung der Atome aus, die sich über den gesamten Materialblock erstreckt. Die Herstellung von Silizium-Einkristallen erfolgt z. B. durch das Czochralsky-Verfahren.

Einspeisevergütung: Vergütung für die Einspeisung von regenerativ erzeugtem Strom in das allgemeine Stromnetz.

Elektrisches Feld: übt auf Ladungsträger eine Kraft aus. Elektronen und Löcher bewegen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladungen in einem elektrischen Feld in entgegengesetzte Richtungen, können also durch ein Feld getrennt werden. In den meisten Solarzellen erzeugt der pn-Übergang ein elektrisches Feld.

Elektrolyt: Stoff, dessen Lösung oder Schmelze den elektrischen Strom durch Ionenbewegung leitet. Siehe auch Ion

Elektron: negativ geladenes Teilchen. Bewegen sich Elektronen, z.B. in einem Metall oder Halbleiter, dann fließt elektrischer Strom. Elektronen-Loch-Paar. Wird ein Photon von einem Halbleiter absorbiert, dann wird ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband angehoben und »hinterlässt« ein Loch im Valenzband. In der Solarzelle sollten Elektron und Loch möglichst schnell getrennt werden, bevor das Elektron wieder in das Loch des Valenzbandes »zurückfallen« kann.

Elektronen-Loch-Paar: wird ein Photon von einem Halbleiter absorbiert, dann wird ein Elektron vom Valenzband ins Leitungsband angehoben und »hinterlässt« ein Loch im Valenzband. In der Solarzelle sollten Elektron Loch möglichst schnell getrennt werden, bevor das Elektron wieder in das Loch des Valenzbandes »zurückfallen« kann. Siehe auch Rekombination, Halbleiter

Energierücklaufzeit: die Zeit, die eine Photovoltaikanlage braucht, um die bei der Herstellung benötigte Energie zu erzeugen. EVA, Abk. Ethylen-Venyl-Acetat, Folie, die bei der Modulherstellung zur Verkapselung der Zellen verwendet wird.

EVA: Abk. Ethylen-Venyl-Acetat, Folie, die bei der Herstellung zur Verkapselung der Zellen verwendet wird.

F

Farbstoffzelle: photoelektrochemische Solarzelle, bei der Licht von einer atomaren Lage von Farbstoffmolekülen absorbiert wird. Wird nach ihrem Erfinder auch Grätzel-Zelle genannt.

FF: Abk. für Füllfaktor

Füllfaktor: (Abk. FF) wird mittels FF=Impp × Umpp/Isc × Uoc aus der I-U-Kennlinie berechnet. Er ist ein Maß dafür, wie gut eine Solarzelle in der Lage ist, die durch Licht erzeugten Ladungsträger zu sammeln. Für kristalline Solarzellen liegt der Füllfaktor im Bereich zwischen 0,7 und 0,8.

FZ: Abk. für float-zone-Verfahren, siehe Zonenschmelzverfahren

float-zone-Verfahren: (Abk. FZ) Zonenschmelzverfahren

G

GaAs: Abk. für Gallium Arsenid

Gallium Arsenid: (Abk. GaAs) Halbleiter, der aus einer Verbindung der chemischen Elemente Gallium und Arsen besteht. GaAs-Solarzellen mit sehr hohem Wirkungsgrad (bis zu 22%) finden vor allem wegen ihrer Strahlungsresistenz im Weltraum Verwendung.

Gleichstrom: Stromfluss ohne Richtungswechsel, wie er z. B. von Batterien oder Photovoltaikanlagen erzeugt wird.

Globalstrahlung: gesamte Strahlungsenergie der Sonne, die pro Zeiteinheit auf eine horizontale Fläche auf der Erdoberfläche fällt. Die Globalstrahlung setzt sich aus diffuser Strahlung und direkter Strahlung zusammen. Sie beträgt etwa 1.000 W/m2 bei einem senkrechten Einfall der Sonnenstrahlen. Berücksichtigt man die geographische Lage und die unterschiedliche Zahl der Sonnenstunden im Jahr, so beträgt die jährlich eingestrahlte Energie pro Jahr in Deutschland etwa 1.000 kWh/m2, am Äquator 2.200 kWh/m2.

Grätzel-Zelle: Siehe Farbstoffzelle

Grid: 1. engl. für Versorgungsnetz oder Stromnetz, 2. Spricht man von Solarzellen, bezeichnet man mit Grid die metallische Leiterbahn, die nötig ist, um die an der Oberfläche einer Solarzelle gesammelten Ladungsträger abzuleiten. Ein Grid sollte möglichst wenig der Solarzellenoberfläche bedecken und einen möglichst kleinen elektrischen Widerstand haben, um die Leistungsverluste so gering wie möglich zu halten.

 

H

Halbleiter: Festkörper, der im Gegensatz zu Metallen eine Bandlücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband besitzt, in der sich keine Ladungsträger aufhalten dürfen. Die Möglichkeit, die Leitfähigkeit eines Halbleiters durch Dotierung zu beeinflussen, macht ihn für Halbleiterbauelemente (z.B. Solarzellen) interessant. Bei der Absorption von Licht werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angeregt und es entstehen Elektronen-Loch-Paare.

Hot Spot: entsteht bei Abschattung einer einzelnen Solarzelle in einer Reihenschaltung auf einem Modul. Eine solche Zelle verhält sich wie ein ohmscher Widerstand und kann sich, wenn der Strom der übrigen Zellen hindurchfließt, bis zur Zerstörung erhitzen. Um dies zu vermeiden, werden Bypass-Dioden parallel zu den einzelnen Zellen geschaltet. Siehe auch ohmsche Verluste

I

I: Abk. für den elektrischen Strom, wird in Einheiten von Ampere (Abk. A) gemessen

I-U-Kennlinie: stellt das charakteristische Verhalten einer Solarzelle dar. Dabei wird der Solarzellenstrom über der angelegten Spannung aufgetragen. Aus der I-U-Kennlinie können die wichtigsten Solarzellenkenngrößen bestimmt werden: Füllfaktor, Kurzschlussstrom, offene Klemmenspannung, siehe auch Wirkungsgrad.

Indium-Tin-Oxide: (Abk. ITO) engl. für Indium-Zinn-Oxid

Indium-Zinn-Oxid: (engl. Abk. ITO) transparentes Halbleitermaterial mit hoher Leitfähigkeit. Es kommt zum Einsatz z.B. als transparente Kontaktschicht für Dünnschichtsolarzellen oder Farbstoffzellen.

Ingot: Block aus polykristallinem Silizium oder monokristallinem Silizium

Inselsystem: Photovoltaiksystem, das ohne Netzkopplung zur Energieversorgung eines isoliert gelegenen Verbrauchers beiträgt, z.B. in den Bergen oder in ländlichen Gegenden.

integrierte Serienverschaltung: findet bei der Herstellung großflächiger Module in der Dünnschichttechnik Verwendung. Während des Herstellungsprozesses wird die noch großflächige Solarzelle mit einem Laserstrahl in einzelne Streifen geschnitten. Eine Verbindung der Vorderseite einer Solarzelle mit der Rückseite der Nachbarzelle ergibt die Serienschaltung. Die Möglichkeit der integrierten Serienverschaltung ist neben der Materialersparnis ein Hauptvorteil der Dünnschichttechnik.

Intensität: physikalische Meßgröße für die einfallende Strahlungsleistung pro Fläche. Wird in Einheiten Watt/m2 gemessen.

intrinsisch: Bezeichnung für das elektronische Verhalten eines undotierten Halbleiters im Gegensatz zum dotierten Halbleiter. Siehe Dotierung

Ion: positiv (Kation) oder negativ (Anion) geladenes Atom oder Molekül. Ionen übernehmen im Elektrolyt den Stromtransport.

Isc: engl. short circuit current, siehe Kurzschlussstrom

ITO: Abk. für Indium-Tin-Oxide, engl. für Indium-Zinn-Oxid

J

Jahresgang: stellt die Leistungsabgabe einer Photovoltaikanlage in Abhängigkeit der Jahreszeit dar

K

Kapselung: witterungsbeständiger Schutz eines Moduls. Hierfür finden z.B. Glas oder Laminat Verwendung.

Kathode: negativ geladene Elektrode in einer photoelektrochemischen Solarzelle. An der Kathode findet der elektrische Übergang vom Halbleiter zum flüssigen Elektrolyt statt.

Kennlinie: I-U-Kennlinie

Kilowattstunde: (Abk. kWh), 1kW=1.000 Watt. Maßeinheit der elektrischen Energie

Kilowatt-peak: (Abk. kWp), 1kWp=1.000 Watt-peak. Watt-peak

Kokille: extrem hitzebeständiger Schmelztigel aus Quarz, aus dem im Czochralski-Verfahren Siliziumeinkristalle gezogen werden.

Konzentratorsolarzellen: Solarzellen, auf die mit Hilfe von Spiegeln oder Linsen konzentriertes Sonnenlicht fällt. Ein Nachteil ist die Notwendigkeit der Nachführung, weil der Brennpunkt immer auf der Solarzelle liegen muss.

Korngrenzen: Randbereiche zwischen einzelnen Kristallen von polykristallinem Silizium. K. wirken sich als Hindernisse für den Transport von elektrischer Ladung aus. Deshalb sind die Wirkungsgrade einkristalliner Solarzellen in der Regel höher als die polykristalliner Zellen. Siehe auch Einkristall

kostendeckende Vergütung: (Abk. kV), Abnahme des regenerativ erzeugten Stromes durch einen Stromversorger gegen Zahlung eines Betrages pro Kilowattstunde ins Netz eingespeisten Stroms an den Erzeuger. Der Vergütungsbetrag wird dabei so gewählt, daß die Photovoltaikanlage sich innerhalb eines festgelegten Zeitraumes amortisiert. Siehe auch Amortisationszeit

kristallines Silizium: monokristallines Silizium

Kupfer-Indium-Diselenid: Verbindungshalbleiter, der wegen seiner hohen Absorption in Dünnschichtsolarzellen eingesetzt wird. K. hat eine Bandlücke von 1,0 eV. Solarzellen aus K. erreichen Wirkungsgrade bis zu 15,4%. Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid

Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid: Verbindungshalbleiter, der wegen seiner hohen Absorption in Dünnschichtsolarzellen eingesetzt wird. Die Bandlücke aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid kann durch die Zugabe von Gallium zwischen 1,0 eV und 2,7 eV variiert werden. Solarzellen mit Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid erreichen Wirkungsgrade bis zu 17,7 %.

Kurzschlussstrom: (Abk. Isc), der Strom, den eine Solarzelle liefert, wenn beide Klemmen ohne jeden zusätzlichen Widerstand verbunden werden (Kurzschluss). Siehe auch I-U-Kennlinie

kV: Abk. für kostendeckende Vergütung

kWh: Abk. für Kilowattstunde

kWp: Abk. für Kilowatt-peak, Watt-peak

L

Laderegler: wird zwischen PV-Anlage und Akku geschaltet. Er regelt und überwacht den Ladevorgang. Weitere Funktionen sind das MPP-Tracking und der Schutz vor Tiefenentladung des Akkus.

Laminat: Werkstoff, der zur Kapselung von Modulen dient, z.B. EVA oder Tedlar. Beim Laminieren wird das Modul in durchsichtige Folien eingeschweißt.

Leitfähigkeit: herrscht in einem Metall oder Halbleiter ein elektrisches Feld, so stellt sich proportional dazu eine Stromdichte (=Strom pro Querschnittsfläche des Leiters) ein. Der Proportionalitätsfaktor wird Leitfähigkeit genannt. Er ist also ein Maß dafür, wie gut ein Material den elektrischen Strom leitet. Einheit S/cm.

Leitungsband: durch Wechselwirkung vieler Atome kommt es in Halbleitern zur Ausbildung eines Leitungsbandes und eines Valenzbandes, welche durch eine Bandlücke getrennt sind. Elektronen können sich im L., Löcher im Valenzband frei bewegen, z.B. unter Einfluß eines elektrischen Feldes oder durch Diffusion. Siehe auch Elektronen-Loch-Paar

Lichtquanten: siehe Photon

light trapping: engl. für Lichtfalle. Das in eine Solarzelle eingedrungene Licht wird durch Reflexion an inneren Grenzflächen daran gehindert, diese zu verlassen, bevor es absorbiert werden kann. Interessant besonders für Dünnschichtsolarzellen. Siehe Oberflächenstrukturierung

Loch: positiv geladenes Teilchen, das in einem Halbleiter bei der Absorption von Licht gleichzeitig mit einem Elektron entsteht. Das L. kann als eine wandernde Elektronen-Fehlstelle im Valenzband des Halbleiters verstanden werden. Siehe auch Elektronen-Loch-Paar, Leitungsband

Lochsäge: das Sägeblatt einer Lochsäge ist ein sehr dünnes Stahlblech, das wie ein Trommelfell über eine drehbare Trommel gespannt wird. Das Stahlblech hat im Zentrum ein Loch, dessen Rand mit Diamantsplittern besetzt ist. Mit einem solchen dünnen Sägeblatt betragen die Schnittverluste nur 0,2 bis 0,3 Millimeter. Siehe auch Drahtsäge

M

Majoritätsladungsträger: Bezeichnung der Ladungsträgerart eines Halbleiters, die je nach Dotierung häufiger vorkommt. Bei p-Dotierung sind die M. die Löcher, bei n-Dotierung sind es die Elektronen.

Maximum Power Point: (Abk. MPP) engl. für Punkt maximaler Leistung. An diesem Punkt der I-U-Kennlinie einer Solarzelle kann die maximale Leistung entnommen werden. Durch MPP-Tracking kann dieser Punkt in jedem Betriebszustand gefunden und eingestellt werden.

Minoritätsladungsträger: Bezeichnung der Ladungsträgerart eines Halbleiters, die je nach Dotierung seltener vorkommt. Bei p-Dotierung sind die M. die Elektronen, bei n-Dotierung sind es die Löcher.

MIS Zelle: Abk. für Metal-Insulator-Silicon, engl. für Metall-Isolator-Silizium. Dieser Solarzellentyp enthält im Unterschied zu den konventionellen Solarzellen keinen pn-Übergang. Die Funktion der Ladungstrennung erfüllt hier eine elektrische Inversionsschicht aus Siliziumdioxid mit eingebauten Cäsiumatomen. Der Vorteil liegt in der Vereinfachung des Herstellungsprozesses, bei der keine Hochtemperaturschritte zur Dotierung benötigt werden.

Modul: Verschaltung von mehreren Solarzellen, die witterungsbeständig verkapselt eine Grundeinheit für Photovoltaik-Anlagen bilden. Siehe auch String, Kapselung

Modulwirkungsgrad: Siehe Wirkungsgrad

monokristallines Silizium: Bezeichnung für Silizium, das in Form von Einkristallen vorliegt.

MPP: engl. Abk. für Maximum Power Point. Siehe MPP-Tracking

MPP-Tracking: Nachregeln der Leistungsentnahme, so daß eine Solaranlage ständig am Maximum Power Point betrieben wird. Dies vermeidet elektrische Leistungsverluste. Gehört zur Ausstattung eines Ladereglers und eines Wechselrichters.

multikristallines Silizium: Siehe polykristallines Silizium

N

n-Dotierung: Siehe Dotierung

Nachführung: durch N. wird die Ausrichtung der Solarzellen ständig dem aktuellen Sonnenstand so angepaßt, daß die Sonnenstrahlung senkrecht auf die Solarzelle fällt. Siehe auch Konzentratorsolarzellen

Neigungswinkel: Winkel zwischen der Solarzelle und der Horizontalen/Waagerechten. Je nach Breitengrad des Aufstellungsortes der Photovoltaikanlage gibt es einen unterschiedlichen optimalen Neigungswinkel.

Nennleistung: maximal mögliche Leistungsabgabe eines Moduls, bei senkrechter Bestrahlung der Oberfläche mit einem AM 1.5 Sonnenspektrum. Wird in Einheiten von Watt-peak (Abk. Wp) gemessen.

Netzkopplung: Anschluss der Photovoltaikanlage über einen Wechselrichter an das Netz des Stromversorgers zwecks vollständiger oder teilweiser Einspeisung des photovoltaisch erzeugten Stroms. Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen benötigen keinen Energiespeicher. Siehe kostendeckende Vergütung, Inselsystem

O

Oberflächenstrukturierung: auch Textur genannt. Gezieltes Aufrauhen der Solarzellenoberfläche durch mechanische oder chemische Verfahren. Dies erlaubt eine verbesserte Einkopplung des einfallenden Sonnenlichtes. Bei kristallinen Solarzellen geschieht dies z.B. durch die kontrollierte Herstellung von umgedrehten Pyramidenstrukturen. Siehe auch light trapping

offene Klemmenspannung: (Abk. Voc), elektrische Spannung einer Solarzelle, deren beiden Pole nicht miteinander verbunden sind, zwischen denen also kein Strom fließt. Siehe I-U-Kennlinie

ohmsche Verluste: fließt Strom durch einen Widerstand, so wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt und geht dadurch verloren, man spricht von ohmschen Verlusten.

open circuit voltage: (Abk. Voc) engl. für offene Klemmenspannung

P

Parallelwiderstand: parallel zur Solarzelle liegender ohmscher Widerstand. Verringert den Wirkungsgrad der Solarzelle und sollte idealerweise möglichst groß sein.

p-Dotierung: Dotierung

Passivierung: an jeder Halbleiteroberfläche befinden sich offene Bindungen, weil der nächste Atomnachbar fehlt. Diese beschleunigen die Rekombination der Ladungsträger dramatisch, wenn sie nicht durch die P. unschädlich gemacht werden. Die einfachste Form der Passivierung ist eine SiO2-Schicht auf der Halbleiteroberfläche.

Performance Ratio: Bewertungskriterium für Photovoltaikanlagen, das unabhängig von der Ausrichtung der Photovoltaikanlage und der Globalstrahlung ist. Das Performance Ratio ist definiert als das Verhältnis zwischen dem tatsächlichen Ertrag der Photovoltaik-Anlage und dem theoretisch möglichen Energieertrag.

Photoeffekt: löst Licht hinreichender Energie Elektronen aus der Oberfläche eines Metalls heraus, so spricht man vom Photoeffekt, nicht zu verwechseln mit dem photovoltaischen Prinzip.

photoelektrochemische Solarzelle: Solarzelle, die auf der Basis eines Elektrolyten arbeitet. Die Absorption und der Transport der Ladungsträger ist in dieser Zelle entkoppelt: Die Absorption findet in der Sensibilisierungsschicht statt, im Elektrolyt findet der Ladungstransport durch Ionen statt. Siehe auch Farbstoffzelle

Photon: Lichtteilchen, das sich in Form eines Energiepaketes mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und in einer Solarzelle seine Energie zur Erzeugung von Elektronen-Loch-Paaren abgeben kann.

photovoltaisches Prinzip: beschreibt die Entstehung einer elektrischen Spannung in einem Halbleiter, einem Farbstoffmolekül o.ä., wenn bei Einstrahlung von Licht (Photonen) Ladungsträger angeregt werden. Extrahiert man die Ladungsträger, so kann man elektrische Energie in Form von Strom gewinnen. Das photovoltaische Prinzip wurde von Becquerel entdeckt.

pn-Übergang: entsteht, wenn ein p-dotierter mit einem n-dotierten Halbleiter in Kontakt kommt. In der Übergangszone entsteht durch Diffusion der jeweiligen Majoritätsladungsträger eine Raumladungszone, die ein elektrisches Feld zur Folge hat. Dieses kann Elektronen-Loch-Paare trennen. Siehe Dotierung.

polykristallines Silizium: besteht aus kleinen zusammenhängenden Kristallen, die eine Größe von einigen Millimetern bis Zentimetern haben. Ein gebräuchliches Herstellungsverfahren ist das Blockguss-Verfahren. Siehe auch Korngrenzen

PV: Abk. für Photovoltaik

Photovoltaik: (Abk. PV) ist die Technik, mit deren Hilfe Sonnenenergie (Photonen) durch Solarzellen in elektrische Energie (Strom) umgewandelt wird.

Q

Quantenausbeute: einer Solarzelle beschreibt das Verhältnis zwischen der Anzahl der gesammelten Elektronen und der Anzahl der eingestrahlten Photonen in Abhängigkeit von der Wellenlänge.

R

Raumladungszone: Bereich, in dem um einen pn-Übergang herum Ladungen infolge des Konzentrationsgefälles von der n-dotierten Seite in die p-dotierte Seite (und umgekehrt) diffundieren und in dem sich ein elektrisches Feld ausbildet. Siehe auch Dotierung, Diffusion

Rekombination: (»Wiederverbindung«), treffen zwei Ladungsträger entgegengesetzten Vorzeichens (Elektronen und Löcher) aufeinander, so löschen sie sich aus, sie rekombinieren. In der Solarzelle rekombinierte Ladungsträger können nicht mehr zum elektrischen Strom beitragen.

Reflexionsverluste: Licht, das von der Oberfläche der Solarzelle reflektiert wird und damit nicht mehr zur Stromerzeugung beitragen kann. Siehe Antireflexschicht, Oberflächenstrukturierung, light trapping

Roll-to-roll Prozess: billiger industrieller Produktionsprozess für Dünnschichtsolarzellen auf Metall- oder Plastikfolie. Dabei wird das flexible Substrat von einer Rolle abgewickelt, in den Prozeßkammern beschichtet und am anderen Ende einer solchen Produktionslinie wieder aufgerollt. Siehe Dünnschichttechnik

S

Sensibilisierungsschicht: lichtabsorbierende Schicht einer photoelektrochemischen Solarzelle. Siehe Farbstoffzelle, Absorption

Serienwiderstand: ohmscher Widerstand, der in Reihe (in Serie) mit der Solarzelle geschaltet ist. Er entsteht an Kontaktschichten, TCO, sowie Grids und sollte möglichst klein sein, um ohmsche Verluste zu vermeiden.

short circuit current: engl. für Kurzschlussstrom einer Solarzelle

Shunt-Widerstand: engl. für Parallelwiderstand

Silizium: chemisches Element, das vier Bindungen mit Nachbar-Atomen eingehen kann. S. ist der Halbleiter, der bisher für die Halbleiterindustrie und die Photovoltaik die wichtigste Rolle spielt. Der Rohstoff Siliziumoxid (Sand) kann zu monokristallinem, polykristallinem oder amorphem Silizium verarbeitet werden. Siehe auch amorphe Solarzelle, monokristallines Silizium, polykristallines Silizium.

Solarenergie: im engeren Sinne die Energie, die von der Sonne in Form von Photonen zur Erde gelangt.

Solar Home System: kleines, einfach ausgestattetes photovoltaisches Inselsystem, das aus Photovoltaik-Modulen, Laderegler und einem Energiespeicher (Batterie) besteht. Einsatzgebiete sind sonnenreiche Entwicklungsländer, aber auch andere netzferne Bereiche wie Berghütten. Ein Solar Home System reicht zur Deckung eines Bedarfs von wenigen Kilowattstunden pro Tag aus.

Solarkonstante: Wert der maximalen eingestrahlten Leistung pro Fläche außerhalb der Erdatmosphäre. Die Solarkonstante hat einen Wert von ca. 1.395 Watt/m2. Siehe auch Globalstrahlung

Solarmodul: Modul

Solarsilizium: Siliziumkristalle mit einem für Photovoltaikanwendungen genügend hohen Reinheitsgrad. Im Gegensatz dazu ist das in der Chipindustrie verwendete Silizium von noch höherer Reinheit. Herstellungsverfahren sind zum Beispiel Blockguß-Verfahren, Czochralsky-Verfahren, EFG-Verfahren.

Solarthermie: Nutzung der Sonnenenergie zur direkten Erzeugung von Wärme. Der entsprechende Energiewandler wird Sonnenkollektor genannt.

Solarzelle: elektronisches Bauteil, das absorbiertes Licht direkt in elektrische Energie (Strom) umwandeln kann. Siehe auch Absorption, Halbleiter, Farbstoffzelle

Sonnenäquivalentstunden: teilt man den Jahresertrag (in kWh) einer Photovoltaikanlage durch ihre maximal mögliche Leistung (kWp), erhält man die Sonnenäquivalentstunden eines Jahres. Siehe auch Watt-peak, Sonnenstunden

Sonnenkollektor: wandelt absorbiertes Sonnenlicht direkt in Wärme um. Diese wird durch eine Flüssigkeit mit hoher Wärmekapazität (z. B. Wasser oder Öl) aufgenommen, transportiert und in einem Wärmetauscher abgegeben. Siehe auch Solarthermie.

Sonnensimulator: Gerät zur künstlichen Erzeugung des Sonnenspektrums mit Hilfe spezieller Lampen. Für unsere Breiten verwendet man ein AM 1.5-Spektrum. Siehe auch Sonnenspektrum

Sonnenspektrum: spektrale Intensitätsverteilung der Sonnenstrahlung. Das Sonnenspektrum, welches man an der Erdoberfläche beobachtet, wird stark von der Atmosphäre beeinflußt. Siehe AM

Sonnenstunden: Anzahl der Stunden pro Jahr, in denen die Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche fällt, ohne durch Wolken verschattet zu werden. Siehe auch Sonnenäquivalentstunden

Spannung: Maß für die Differenz der Stärke des elektrischen Feldes zwischen zwei Punkten, z. B. den beiden Polen einer Batterie. Die Spannung ist die Ursache des elektrischen Stromes und wird in Einheiten von Volt (Abk. V) gemessen.

Standard Test Bedingungen: Messung der I-U-Kennlinie unter einem AM 1.5-Sonnenspektrum bei einer Temperatur von 25oC.

Standard Test Conditions: (Abk. STC) engl. für Standard Test Bedingungen

Stapelsolarzelle: besteht aus zwei oder mehr übereinanderliegenden Solarzellen, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Bandlücke unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums ausnutzen. In der Dünnschichttechnik kann durch den Bau von Stapelsolarzellen außerdem das Ausmaß der Alterung reduziert werden.

STC: engl. für Standard Test Conditions

String: Bezeichnung für mehrere in Reihe geschaltete Solarzellen eines Moduls

Strom: Bezeichnung für den Fluß elektrischer Ladungen, z. B. in Form von Elektronen durch ein Kupferkabel. Wird in Einheiten von Ampere (Abk. A) gemessen.

Substrat: mechanisch stabiles Trägermaterial, das außerdem als Wachstumsgrundlage für Solarzellen dient. Beispiele sind Glas, Metall- und Kunststofffolie, Wafer.

Systemwirkungsgrad: Bruchteil der eingestrahlten Sonnenenergie, der als elektrische Energie auf der Wechselstromseite für den Verbraucher nutzbar ist. Im Systemwirkungsgrad sind alle Verluste der einzelnen Systemkomponenten berücksichtigt.

T

Tagesgang: stellt die Leistungsabgabe einer Photovoltaikanlage in Abhängigkeit der Uhrzeit (und damit dem Stand der Sonne) eines Tages dar.

Tandemsolarzelle: Solarzelle, die aus zwei übereinandergestapelten Zellen besteht. Besonders einfach lassen sich Tandemsolarzellen mit der Dünnschichttechnik herstellen. Siehe auch Tripelsolarzelle, Stapelsolarzelle

TCO: engl. für Transparent Conductive Oxide

Tedlar: Kunststofffolie, die bei der Laminierung (Laminat) von Modulen verwendet wird

Temperaturkoeffizient: gibt an, um wieviel sich der Wirkungsgrad einer Solarzelle pro Grad Celsius verkleinert, wenn die Temperatur erhöht wird. Da kristalline Solarzellen einen vergleichbar hohen T. haben, sollten Module, die aus kristallinen Solarzellen bestehen, immer ausreichend hinterlüftet werden. Siehe auch monokristallines Silizium

Textur: Oberflächenstrukturierung

Theoretischer Wirkungsgrad: Wirkungsgrad einer Solarzelle unter idealen Bedingungen

Total area: engl. für Gesamtfläche, spielt bei der Bestimmung des Wirkungsgrades von Solarmodulen eine Rolle

Tracking: engl. für Nachführung

Transparent Conductive Oxide: (Abk. TCO), engl. für transparentes leitfähiges Oxid. Findet als leitfähige Fensterschicht in der Dünnschichttechnik Verwendung sowie bei photoelektrochemischen Solarzellen. Siehe auch Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid

Tripelsolarzelle: Solarzelle, die aus drei übereinander gestapelten Zellen besteht, die unterschiedliche spektrale Bereiche des Sonnenspektrums absorbieren. Besonders einfach lassen sich T. mit der Dünnschichttechnik herstellen. Siehe auch Tandemsolarzelle, Stapelsolarzelle

U

U: Abk. für die elektrische Spannung. Wird in Einheiten von Volt (Abk.V) gemessen

V

V: Abk. für Volt

Valenzband: Leitungsband

Verbindungshalbleiter: Halbleiter, der aus einer Verbindung von zwei oder mehreren chemischen Elementen besteht: Gallium-Arsenid, Cadmium-Tellurid, Kupfer-Indium-Diselenid.

Voc: Abk. für open circuit voltage, engl. für offene Klemmenspannung

Volt: (Abk. V), Maßeinheit für die elektrische Spannung

W

Wafer: Bezeichnung für eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial. Wird als Trägermaterial zur Herstellung von Computerchips und Solarzellen verwendet. Die Scheiben werden in der Regel von Halbleiterblöcken gesägt und sind 0,2 bis 0,3 Millimeter dick. Siehe auch Substrat, Halbleiter

Watt-Peak: (Abk. Wp), Maß für die Leistungsfähigkeit von Solarzellen und Modulen. Dabei wird die maximal abgegebene elektrische Leistung bei senkrechter Einstrahlung eines AM 1.5 Sonnenspektrums gemessen. Modulpreise werden üblicherweise in DM/Wp angegeben.

Wechselrichter: Wandelt den Gleichstrom der Solarzellen in Wechselstrom um. Der Wechselrichter entnimmt der PV-Anlage die Leistung am Maximum Power Point.

Wechselstrom: Strom, dessen Polarität ständig wechselt. In unserem Stromnetz liegt z. B. ein W. mit einer Frequenz von 50 Hz (Hertz) an, d. h. er nimmt in einer Sekunde 50 Mal einen negativen bzw. einen positiven Wert an. Erzeugung durch Generator oder Wechselrichter.

Wellenlänge: faßt man Licht als Welle auf, dann ist der Abstand zweier Wellenberge voneinander die W. und ist charakteristisch für eine bestimmte Energie des Lichtes. Für sichtbares Licht liegen die Wellenlängen zwischen 0.3 und 0.8 µm (sprich: Mikrometer). 1 µm ist der tausendste Teil eines Millimeters.

Wirkungsgrad: der Wirkungsgrad h (sprich: eta) einer Solarzelle oder eines Moduls ist definiert als das Verhältnis zwischen der abgegebenen elektrischen Leistung und der eingestrahlten Leistung. Er wird mittels h=FF x Voc x Isc aus der I-U-Kennline der Solarzelle berechnet. Weil der W. eine flächenunabhängige Größe ist, muß man bei der Angabe immer darauf achten, welche Fläche zur Berechnung des W. herangezogen wurde, z.B. die gesamte Modulfläche (Total Area) oder nur die aktive Zellfläche.

Wp: Abk. für Watt-Peak

Z

Zellenwirkungsgrad: Siehe Wirkungsgrad

ZnO: Abk. für Zink-Oxid

Zink-Oxid: transparentes Halbleitermaterial mit hoher Leitfähigkeit. Es kommt zum Einsatz z.B. als transparente Kontaktschicht für Dünnschichtzellen oder Farbstoffzellen. Siehe auch Transparent Conductive Oxide

Zonenschmelzverfahren: Verfahren zur Herstellung von hochreinem kristallinem Silizium. Bei diesem Verfahren wird ein polykristalliner Stab an einem Ende aufgeschmolzen. Den schmalen aufgeschmolzenen Bereich läßt man langsam von einem Ende des Stabes zum anderen wandern, wobei beim Erstarrungsvorgang kristallines Silizium entsteht. Ein großer Vorteil dieses Verfahrens ist, daß sich Verunreinigungen im aufgeschmolzenen Bereich anreichern und so aus dem Kristall herausgespült werden. Siehe auch Einkristall, monokristallines Silizium

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