Amorphes Silizium a-Si:H

Amorphes Silizium a-Si:H
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a-Si:H

 
 

Amorphes Silizium mit Wasserstoff

Molekül-Struktur a-Si:H

Die Struktur des Halbleiters a-Si:H auf Molekül-Ebene: Offene Bindungen machen das Material instabil. Mit Wasserstoff H abgesättigt, stabilisiert es sich
Zum Vergrößern bitte anklicken!
© Tem5psu, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Amorphes Silizium ist das Baumaterial der amorphen Solarzelle, die bevorzugt in der Dünnschicht-Photovoltaik eingesetzt wird.

Reines amorphes Silizium a-Si (ohne H) reagiert aufgrund der Vielzahl an offenen - und daher reaktionsfreudigen - chemischen Bindungen schnell mit umgebenden Materialien. Anders formuliert: Reines amorphes Silizium hat keine hohe Lebensdauer.

Werden die Bindungen von a-Si jedoch mit Wasserstoff (chemisch H) abgesättigt ("hydrogeniert"), entsteht das weniger reaktionsfreudige hydrogenierte amorphe Silizium a-Si:H.
Dieses zerfällt nicht im selben Tempo wie das unabgesättigte amorphe Silizium. Die Leistung der betreffenden Solarzelle ist stabiler.

Amorphes Silizium oder herkömmliche Wafer-Solarzellen für Ihr Dach?
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Amorphes Silizium in der Photovoltaik

Amorphes Silizium

© Sallenbuscher - Fotolia.com

Eingesetzt wird a-Si:H als Halbleitermaterial in mikrometerdünnen Schichten, die bei der Produktion von Dünnschicht-Solarzellen auf metallische oder Glasuntergründe aufgedampft werden (meist über Gasabscheidung).

Halbleiter deshalb, weil es sich um Materialien handelt, die ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und insbesondere der Lichteinstrahlung ändern. Sie leiten nur unter bestimmten Umständen, eben "halb".
Letzteres wird in der Solarzelle genutzt, um die Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energiepakete des Sonnenlichts (Photonen) stoßen einzelne Elementarteilchen (Elektronen) aus ihren festen Bindungen im Kristallgitter der Halbleiter.
Genauer gesagt, sie geben ihre Energie an die Elektronen ab - und diese, auf diese Art energetisiert, lösen sich aus der atomaren Bindung.
Sie beginnen zu fließen - zum Beispiel zu den Metallkontakten an der Zellenoberseite.
Dieser gerichtete Fluss von Elektronen aber ist nichts anderes als elektrische Energie, also Strom.

Installation von Modulen aus amorphem, mit Wasserstoff abgesättigtem Silizium

Installation von Modulen mit Solarzellen aus a-Si:H
© Fieldsken Ken Fields, GFDL, via Wikimedia Commons

Überdies können die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern durch Beimengung von Fremdatomen (Dotierung) systematisch verändert werden
Auch diese Qualität macht man sich in der Photovoltaik zu Nutze - und zwar beim photoelektrischen Effekt (siehe dazu im Detail unseren Text zum Funktionsprinzip der Solarzelle).

Die dünnen Schichten des hydrogenierten amorphen Siliziums sind bis zum Faktor 100 mal dünner als das Silizium in kristallinen "Dickschichten" konventioneller Solarzellen.
Hierdurch wird nicht allein an Material gespart. Im Gegensatz zu der komplexeren Herstellungsweise von konventionellen polykristallinen Dickschicht-Solarzellen - über Blockguss oder Bridgman-Verfahren, Zersägen in Wafer und Zuschneiden von Solarzellen - ist auch die Herstellung von amorphen (Dünnschicht-)Solarzellen aus a-Si:H durch das Aufdampfen des Siliziums kostengünstiger.

Weitere Vorteile des wasserstoffabgesättigten amorphen Silizums

Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium mit Wasserstoff-Absättigung resistenter gegenüber Verschattungen oder Teilverschattungen, sie können auch diffuses Licht besser zur Solarstromproduktion nutzen.
Besonders sinnvoll ist ihr Einsatz daher auf Nordseiten von Gebäuden, auf Dächern mit Schornstein- oder Stromleitungsverschattungen oder auf bzw. an Gebäuden, bei denen im Lauf des Tages beispielsweise Baumschatten hindurchziehen.

Unter den zu diesem Zweck produzierten und eingesetzten Dünnschicht-Modulen aus amorphem Silizium ist das mit Wasserstoff abgesättigte a-Si:H daher ein bevorzugtes Material.

Solarzellen im Zusammenspiel

Zur individuellen Berechnung

Amorphes Silizium mit Wasserstoff

Molekül-Struktur a-Si:H

Die Struktur des Halbleiters a-Si:H auf Molekül-Ebene: Offene Bindungen machen das Material instabil. Mit Wasserstoff H abgesättigt, stabilisiert es sich
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© Tem5psu, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Amorphes Silizium ist das Baumaterial der amorphen Solarzelle, die bevorzugt in der Dünnschicht-Photovoltaik eingesetzt wird.

Reines amorphes Silizium a-Si (ohne H) reagiert aufgrund der Vielzahl an offenen - und daher reaktionsfreudigen - chemischen Bindungen schnell mit umgebenden Materialien. Anders formuliert: Reines amorphes Silizium hat keine hohe Lebensdauer.

Werden die Bindungen von a-Si jedoch mit Wasserstoff (chemisch H) abgesättigt ("hydrogeniert"), entsteht das weniger reaktionsfreudige hydrogenierte amorphe Silizium a-Si:H.
Dieses zerfällt nicht im selben Tempo wie das unabgesättigte amorphe Silizium. Die Leistung der betreffenden Solarzelle ist stabiler.

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Amorphes Silizium in der Photovoltaik

Amorphes Silizium

© Sallenbuscher - Fotolia.com

Eingesetzt wird a-Si:H als Halbleitermaterial in mikrometerdünnen Schichten, die bei der Produktion von Dünnschicht-Solarzellen auf metallische oder Glasuntergründe aufgedampft werden (meist über Gasabscheidung).

Halbleiter deshalb, weil es sich um Materialien handelt, die ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und insbesondere der Lichteinstrahlung ändern. Sie leiten nur unter bestimmten Umständen, eben "halb".
Letzteres wird in der Solarzelle genutzt, um die Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energiepakete des Sonnenlichts (Photonen) stoßen einzelne Elementarteilchen (Elektronen) aus ihren festen Bindungen im Kristallgitter der Halbleiter.
Genauer gesagt, sie geben ihre Energie an die Elektronen ab - und diese, auf diese Art energetisiert, lösen sich aus der atomaren Bindung.
Sie beginnen zu fließen - zum Beispiel zu den Metallkontakten an der Zellenoberseite.
Dieser gerichtete Fluss von Elektronen aber ist nichts anderes als elektrische Energie, also Strom.

Installation von Modulen aus amorphem, mit Wasserstoff abgesättigtem Silizium

Installation von Modulen mit Solarzellen aus a-Si:H
© Fieldsken Ken Fields, GFDL, via Wikimedia Commons

Überdies können die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern durch Beimengung von Fremdatomen (Dotierung) systematisch verändert werden
Auch diese Qualität macht man sich in der Photovoltaik zu Nutze - und zwar beim photoelektrischen Effekt (siehe dazu im Detail unseren Text zum Funktionsprinzip der Solarzelle).

Die dünnen Schichten des hydrogenierten amorphen Siliziums sind bis zum Faktor 100 mal dünner als das Silizium in kristallinen "Dickschichten" konventioneller Solarzellen.
Hierdurch wird nicht allein an Material gespart. Im Gegensatz zu der komplexeren Herstellungsweise von konventionellen polykristallinen Dickschicht-Solarzellen - über Blockguss oder Bridgman-Verfahren, Zersägen in Wafer und Zuschneiden von Solarzellen - ist auch die Herstellung von amorphen (Dünnschicht-)Solarzellen aus a-Si:H durch das Aufdampfen des Siliziums kostengünstiger.

Weitere Vorteile des wasserstoffabgesättigten amorphen Silizums

Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium mit Wasserstoff-Absättigung resistenter gegenüber Verschattungen oder Teilverschattungen, sie können auch diffuses Licht besser zur Solarstromproduktion nutzen.
Besonders sinnvoll ist ihr Einsatz daher auf Nordseiten von Gebäuden, auf Dächern mit Schornstein- oder Stromleitungsverschattungen oder auf bzw. an Gebäuden, bei denen im Lauf des Tages beispielsweise Baumschatten hindurchziehen.

Unter den zu diesem Zweck produzierten und eingesetzten Dünnschicht-Modulen aus amorphem Silizium ist das mit Wasserstoff abgesättigte a-Si:H daher ein bevorzugtes Material.

Solarzellen im Zusammenspiel

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Die Struktur des Halbleiters a-Si:H auf Molekül-Ebene: Offene Bindungen machen das Material instabil. Mit Wasserstoff H abgesättigt, stabilisiert es sich
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Amorphes Silizium ist das Baumaterial der amorphen Solarzelle, die bevorzugt in der Dünnschicht-Photovoltaik eingesetzt wird.

Reines amorphes Silizium a-Si (ohne H) reagiert aufgrund der Vielzahl an offenen - und daher reaktionsfreudigen - chemischen Bindungen schnell mit umgebenden Materialien. Anders formuliert: Reines amorphes Silizium hat keine hohe Lebensdauer.

Werden die Bindungen von a-Si jedoch mit Wasserstoff (chemisch H) abgesättigt ("hydrogeniert"), entsteht das weniger reaktionsfreudige hydrogenierte amorphe Silizium a-Si:H.
Dieses zerfällt nicht im selben Tempo wie das unabgesättigte amorphe Silizium. Die Leistung der betreffenden Solarzelle ist stabiler.

Amorphes Silizium oder herkömmliche Wafer-Solarzellen für Ihr Dach?
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Eingesetzt wird a-Si:H als Halbleitermaterial in mikrometerdünnen Schichten, die bei der Produktion von Dünnschicht-Solarzellen auf metallische oder Glasuntergründe aufgedampft werden (meist über Gasabscheidung).

Halbleiter deshalb, weil es sich um Materialien handelt, die ihre Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur und insbesondere der Lichteinstrahlung ändern. Sie leiten nur unter bestimmten Umständen, eben "halb".
Letzteres wird in der Solarzelle genutzt, um die Sonnenenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Die Energiepakete des Sonnenlichts (Photonen) stoßen einzelne Elementarteilchen (Elektronen) aus ihren festen Bindungen im Kristallgitter der Halbleiter.
Genauer gesagt, sie geben ihre Energie an die Elektronen ab - und diese, auf diese Art energetisiert, lösen sich aus der atomaren Bindung.
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Überdies können die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern durch Beimengung von Fremdatomen (Dotierung) systematisch verändert werden
Auch diese Qualität macht man sich in der Photovoltaik zu Nutze - und zwar beim photoelektrischen Effekt (siehe dazu im Detail unseren Text zum Funktionsprinzip der Solarzelle).

Die dünnen Schichten des hydrogenierten amorphen Siliziums sind bis zum Faktor 100 mal dünner als das Silizium in kristallinen "Dickschichten" konventioneller Solarzellen.
Hierdurch wird nicht allein an Material gespart. Im Gegensatz zu der komplexeren Herstellungsweise von konventionellen polykristallinen Dickschicht-Solarzellen - über Blockguss oder Bridgman-Verfahren, Zersägen in Wafer und Zuschneiden von Solarzellen - ist auch die Herstellung von amorphen (Dünnschicht-)Solarzellen aus a-Si:H durch das Aufdampfen des Siliziums kostengünstiger.

Weitere Vorteile des wasserstoffabgesättigten amorphen Silizums

Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium mit Wasserstoff-Absättigung resistenter gegenüber Verschattungen oder Teilverschattungen, sie können auch diffuses Licht besser zur Solarstromproduktion nutzen.
Besonders sinnvoll ist ihr Einsatz daher auf Nordseiten von Gebäuden, auf Dächern mit Schornstein- oder Stromleitungsverschattungen oder auf bzw. an Gebäuden, bei denen im Lauf des Tages beispielsweise Baumschatten hindurchziehen.

Unter den zu diesem Zweck produzierten und eingesetzten Dünnschicht-Modulen aus amorphem Silizium ist das mit Wasserstoff abgesättigte a-Si:H daher ein bevorzugtes Material.

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