Kristalline Solarzellen

 

Kristalline Solarzellen

 
 

Material der Wahl für die Hausdach-Photovoltaik

Kristalline Solarzellen

Fast ausschließlich bei typischen Hausdachanlagen verbaut: Kristalline Solarzellen

Kristalline Solarzellen – im Unterschied zu amorphen Solarzellen – werden auf Basis von wenige Zehntelmillimeter dünnen Siliziumscheiben, den Wafern hergestellt. In Abgrenzung zur Dünnschicht-Technologie ist auch von Dickschicht-Solarzellen bzw. seltener von Wafer-Solarzellen die Rede.
In der Solarphysik wird nach der kristallinen Eigenschaft des verwendeten Siliziums unterschieden in:

  • Monokristalline Solarzellen,
  • polykristalline Solarzellen.

Der für Photovoltaik-Bauherren wesentliche Unterschied liegt in den Kosten aufgrund der aufwendigeren Fertigung – und im erzielten Wirkungsgrad.

Wissenswertes zu Fertigung und Wirkungsgrad von kristallinen Solarzellen finden Sie hier.

Jetzt kostenlos PV-Anlage mit kristallinen Solarzellen für Ihr Dach berechnen lassen:
Zur kostenlosen Berechnung




Die Fertigung von kristallinen Solarzellen

Ausgangsprodukt für die Fertigung von kristallinen Solarzellen sind säulen- bzw. quaderförmige Ingots (engl. Barren) aus Silizium, das mit Mater­ialien wie Phosphor oder Aluminium angereichert wurde, um die Leitfähigkeit zu verbessern (vgl. Dotierung).

Polykristalline Solarzellen sind leichter zu fertigen: Es wird der geschmolzenen und gereinigten Silizium-Masse erlaubt, nach Lage des Materials auszukristallisieren.
Dabei entstehen jedoch Kanten zwischen den Kristallen – es handelt sich um leichte Versetzungen in der Atomstruktur -, welche den Elektronenfluss minimal, aber merklich erschweren. Die polykristalline Struktur setzt also die Leitfähigkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Zelle um einige (wenige) Prozentpunkte herab. Zur Herstellung der polykristallinen Ingots wird das geschmolzene Silizium langsam abgekühlt und in viereckige, handflächengroße Barren geteilt.

Ein Impfkristall, der kristalline Solarzellen initiiert.

Impfkristall

Monokristalline Solarzellen bestehen aus nur einem einzigen Kristall – ihre Herstellung ist etwas aufwendiger (der Kristall muss sorgsam bis zur gewünschten Größe gezüchtet werden), dafür ist die Wirksamkeit höher. Die Ingots werden im Czochralski-Verfahren hergestellt: Dabei wird der Impfkristall (siehe Bild) mit der Spitze in das ge­schmolzene Silizium eingetaucht. Nach dem Abschmelzen der Spitze wird der Impfkristall, an dem sich das geschmolzene monokristalline Silizium anlegt und erstarrt, langsam wieder herausgezogen. So enste­hen die typischen, kreisrunden “Czochralski-Ingots", in der Form dem Impfkristallstab angepasst.

Material der Wahl für die Hausdach-Photovoltaik

Kristalline Solarzellen

Fast ausschließlich bei typischen Hausdachanlagen verbaut: Kristalline Solarzellen

Kristalline Solarzellen – im Unterschied zu amorphen Solarzellen – werden auf Basis von wenige Zehntelmillimeter dünnen Siliziumscheiben, den Wafern hergestellt. In Abgrenzung zur Dünnschicht-Technologie ist auch von Dickschicht-Solarzellen bzw. seltener von Wafer-Solarzellen die Rede.
In der Solarphysik wird nach der kristallinen Eigenschaft des verwendeten Siliziums unterschieden in:

  • Monokristalline Solarzellen,
  • polykristalline Solarzellen.

Der für Photovoltaik-Bauherren wesentliche Unterschied liegt in den Kosten aufgrund der aufwendigeren Fertigung – und im erzielten Wirkungsgrad.

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Die Fertigung von kristallinen Solarzellen

Ausgangsprodukt für die Fertigung von kristallinen Solarzellen sind säulen- bzw. quaderförmige Ingots (engl. Barren) aus Silizium, das mit Mater­ialien wie Phosphor oder Aluminium angereichert wurde, um die Leitfähigkeit zu verbessern (vgl. Dotierung).

Polykristalline Solarzellen sind leichter zu fertigen: Es wird der geschmolzenen und gereinigten Silizium-Masse erlaubt, nach Lage des Materials auszukristallisieren.
Dabei entstehen jedoch Kanten zwischen den Kristallen – es handelt sich um leichte Versetzungen in der Atomstruktur -, welche den Elektronenfluss minimal, aber merklich erschweren. Die polykristalline Struktur setzt also die Leitfähigkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Zelle um einige (wenige) Prozentpunkte herab. Zur Herstellung der polykristallinen Ingots wird das geschmolzene Silizium langsam abgekühlt und in viereckige, handflächengroße Barren geteilt.

Ein Impfkristall, der kristalline Solarzellen initiiert.

Impfkristall

Monokristalline Solarzellen bestehen aus nur einem einzigen Kristall – ihre Herstellung ist etwas aufwendiger (der Kristall muss sorgsam bis zur gewünschten Größe gezüchtet werden), dafür ist die Wirksamkeit höher. Die Ingots werden im Czochralski-Verfahren hergestellt: Dabei wird der Impfkristall (siehe Bild) mit der Spitze in das ge­schmolzene Silizium eingetaucht. Nach dem Abschmelzen der Spitze wird der Impfkristall, an dem sich das geschmolzene monokristalline Silizium anlegt und erstarrt, langsam wieder herausgezogen. So enste­hen die typischen, kreisrunden “Czochralski-Ingots", in der Form dem Impfkristallstab angepasst.

Material der Wahl für die Hausdach-Photovoltaik

Kristalline Solarzellen

Fast ausschließlich bei typischen Hausdachanlagen verbaut: Kristalline Solarzellen

Kristalline Solarzellen – im Unterschied zu amorphen Solarzellen – werden auf Basis von wenige Zehntelmillimeter dünnen Siliziumscheiben, den Wafern hergestellt. In Abgrenzung zur Dünnschicht-Technologie ist auch von Dickschicht-Solarzellen bzw. seltener von Wafer-Solarzellen die Rede.
In der Solarphysik wird nach der kristallinen Eigenschaft des verwendeten Siliziums unterschieden in:

  • Monokristalline Solarzellen,
  • polykristalline Solarzellen.

Der für Photovoltaik-Bauherren wesentliche Unterschied liegt in den Kosten aufgrund der aufwendigeren Fertigung – und im erzielten Wirkungsgrad.

Wissenswertes zu Fertigung und Wirkungsgrad von kristallinen Solarzellen finden Sie hier.

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Die Fertigung von kristallinen Solarzellen

Ausgangsprodukt für die Fertigung von kristallinen Solarzellen sind säulen- bzw. quaderförmige Ingots (engl. Barren) aus Silizium, das mit Mater­ialien wie Phosphor oder Aluminium angereichert wurde, um die Leitfähigkeit zu verbessern (vgl. Dotierung).

Polykristalline Solarzellen sind leichter zu fertigen: Es wird der geschmolzenen und gereinigten Silizium-Masse erlaubt, nach Lage des Materials auszukristallisieren.
Dabei entstehen jedoch Kanten zwischen den Kristallen – es handelt sich um leichte Versetzungen in der Atomstruktur -, welche den Elektronenfluss minimal, aber merklich erschweren. Die polykristalline Struktur setzt also die Leitfähigkeit und damit die Leistungsfähigkeit der Zelle um einige (wenige) Prozentpunkte herab. Zur Herstellung der polykristallinen Ingots wird das geschmolzene Silizium langsam abgekühlt und in viereckige, handflächengroße Barren geteilt.

Ein Impfkristall, der kristalline Solarzellen initiiert.

Impfkristall

Monokristalline Solarzellen bestehen aus nur einem einzigen Kristall – ihre Herstellung ist etwas aufwendiger (der Kristall muss sorgsam bis zur gewünschten Größe gezüchtet werden), dafür ist die Wirksamkeit höher. Die Ingots werden im Czochralski-Verfahren hergestellt: Dabei wird der Impfkristall (siehe Bild) mit der Spitze in das ge­schmolzene Silizium eingetaucht. Nach dem Abschmelzen der Spitze wird der Impfkristall, an dem sich das geschmolzene monokristalline Silizium anlegt und erstarrt, langsam wieder herausgezogen. So enste­hen die typischen, kreisrunden “Czochralski-Ingots", in der Form dem Impfkristallstab angepasst.

 

Aus den Ingots werden mit Hilfe von hauchdünnen Drähten in weiterer Folge die Wafer in – heute übliche – Dicken von etwa 150 μm geschnitten. Die rohen Wafer werden in Reinräumen gereinigt, zugeschnitten, ggf. nochmals dotiert und entspiegelt. Am Ende der Fertigungsstraße werden im Druckverfahren auf der Vor- und Rückseite die elektrischen Kontakte aufgebracht.
Nach diesen Arbeitsschritten können die kristallinen Solarzellen oder Waferzellen zu Photovoltaikmodulen zusam­mengeschlossen werden.

Photovoltaikmodule aus Einkristallen sind daher teurer, aber etwas effizienter; Module aus Vielkristallen – die heute, je nach Schätzung, ca. 85% bis 90% der Weltsolarzellen im Einsatz ausmachen – sind dafür kostengünstiger.

Wissenswertes über Aufbau und Funktion von Solarzellen finden Sie hier.

Der Wirkungsgrad kristalliner Solarzellen

Insgesamt zeichnen sich Photovoltaikmodule aus kristallinen Solarzellen durch einen relativ hohen Wirkungsgrad aus (dieser ist definiert als das Verhältnis zwischen eingestrahlter Solarenergie und erzeugtem Strom): Er konnte in den vergangenen Jahren im Schnitt um etwa 0,3 Prozentpunkte pro Jahr gesteigert werden – zugleich sank der Preis jährlich um rund 10%.
Während Dünnschichtzellen derzeit Wirkungsgrade von 10% bis 14% erreichen, liegt der Wirkungsgrad von

  • polykristallinen Solarzellen heute (Stand 2017) zwischen 15% und 20%,
  • der von monokristallinen Zellen sogar zwischen 18% und 22%.

Aus Wafer-Zellen aufgebaute Module weisen mittlerweile auch eine besonders geringe Abnahme der Wirkung (Degradation) auf. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg ermittelte in einem Feldtest von 14 PV-Anlagen mit kristallinen Solarmodulen eine durchschnittliche jährliche Degradation der Gesamtanlage von nicht mehr als 0,1%.

In den ersten Betriebstagen verlieren waferbasierte Photovoltaik-Module zwar rund 1-2% ihrer Leistung, jedoch wird dieser Verlust von den Modulherstellern bei der Auszeichnung der Nennleistung bereits berücksichtigt.

Solarzellen im Zusammenspiel

Zur individuellen Berechnung

Aus den Ingots werden mit Hilfe von hauchdünnen Drähten in weiterer Folge die Wafer in – heute übliche – Dicken von etwa 150 μm geschnitten. Die rohen Wafer werden in Reinräumen gereinigt, zugeschnitten, ggf. nochmals dotiert und entspiegelt. Am Ende der Fertigungsstraße werden im Druckverfahren auf der Vor- und Rückseite die elektrischen Kontakte aufgebracht.
Nach diesen Arbeitsschritten können die kristallinen Solarzellen oder Waferzellen zu Photovoltaikmodulen zusam­mengeschlossen werden.

Photovoltaikmodule aus Einkristallen sind daher teurer, aber etwas effizienter; Module aus Vielkristallen – die heute, je nach Schätzung, ca. 85% bis 90% der Weltsolarzellen im Einsatz ausmachen – sind dafür kostengünstiger.

Wissenswertes über Aufbau und Funktion von Solarzellen finden Sie hier.

Der Wirkungsgrad kristalliner Solarzellen

Insgesamt zeichnen sich Photovoltaikmodule aus kristallinen Solarzellen durch einen relativ hohen Wirkungsgrad aus (dieser ist definiert als das Verhältnis zwischen eingestrahlter Solarenergie und erzeugtem Strom): Er konnte in den vergangenen Jahren im Schnitt um etwa 0,3 Prozentpunkte pro Jahr gesteigert werden – zugleich sank der Preis jährlich um rund 10%.
Während Dünnschichtzellen derzeit Wirkungsgrade von 10% bis 14% erreichen, liegt der Wirkungsgrad von

  • polykristallinen Solarzellen heute (Stand 2017) zwischen 15% und 20%,
  • der von monokristallinen Zellen sogar zwischen 18% und 22%.

Aus Wafer-Zellen aufgebaute Module weisen mittlerweile auch eine besonders geringe Abnahme der Wirkung (Degradation) auf. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg ermittelte in einem Feldtest von 14 PV-Anlagen mit kristallinen Solarmodulen eine durchschnittliche jährliche Degradation der Gesamtanlage von nicht mehr als 0,1%.

In den ersten Betriebstagen verlieren waferbasierte Photovoltaik-Module zwar rund 1-2% ihrer Leistung, jedoch wird dieser Verlust von den Modulherstellern bei der Auszeichnung der Nennleistung bereits berücksichtigt.

Solarzellen im Zusammenspiel

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Aus den Ingots werden mit Hilfe von hauchdünnen Drähten in weiterer Folge die Wafer in – heute übliche – Dicken von etwa 150 μm geschnitten. Die rohen Wafer werden in Reinräumen gereinigt, zugeschnitten, ggf. nochmals dotiert und entspiegelt. Am Ende der Fertigungsstraße werden im Druckverfahren auf der Vor- und Rückseite die elektrischen Kontakte aufgebracht.
Nach diesen Arbeitsschritten können die kristallinen Solarzellen oder Waferzellen zu Photovoltaikmodulen zusam­mengeschlossen werden.

Photovoltaikmodule aus Einkristallen sind daher teurer, aber etwas effizienter; Module aus Vielkristallen – die heute, je nach Schätzung, ca. 85% bis 90% der Weltsolarzellen im Einsatz ausmachen – sind dafür kostengünstiger.

Wissenswertes über Aufbau und Funktion von Solarzellen finden Sie hier.

Der Wirkungsgrad kristalliner Solarzellen

Insgesamt zeichnen sich Photovoltaikmodule aus kristallinen Solarzellen durch einen relativ hohen Wirkungsgrad aus (dieser ist definiert als das Verhältnis zwischen eingestrahlter Solarenergie und erzeugtem Strom): Er konnte in den vergangenen Jahren im Schnitt um etwa 0,3 Prozentpunkte pro Jahr gesteigert werden – zugleich sank der Preis jährlich um rund 10%.
Während Dünnschichtzellen derzeit Wirkungsgrade von 10% bis 14% erreichen, liegt der Wirkungsgrad von

  • polykristallinen Solarzellen heute (Stand 2017) zwischen 15% und 20%,
  • der von monokristallinen Zellen sogar zwischen 18% und 22%.

Aus Wafer-Zellen aufgebaute Module weisen mittlerweile auch eine besonders geringe Abnahme der Wirkung (Degradation) auf. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts ISE in Freiburg ermittelte in einem Feldtest von 14 PV-Anlagen mit kristallinen Solarmodulen eine durchschnittliche jährliche Degradation der Gesamtanlage von nicht mehr als 0,1%.

In den ersten Betriebstagen verlieren waferbasierte Photovoltaik-Module zwar rund 1-2% ihrer Leistung, jedoch wird dieser Verlust von den Modulherstellern bei der Auszeichnung der Nennleistung bereits berücksichtigt.

Solarzellen im Zusammenspiel

Zur individuellen Berechnung