Was ist der Grund dafür, dass man mit Solarzellen aus monokristallinem Silizium höhere Wirkungsgrade erzielt als mit solchen aus polykristallinem oder amorphem Silizium?
Hallo fjordsurfer,
der eigentliche Grund ist der, dass bei monokristallinen Zellen ein sogenannter Einkristall vorliegt. Das bedeutet es besteht ein sehr homogenes Gefüge mit wenig Fehlstellen und keinen Korngrenzen (da keine unterschiedlichen Kristallite (Flecken mit unterschiedlicher Farbe)wie bei polykristallinem Gefüge vorhanden sind). Insbesondere die Anzahl der Korngrenzen (im Falle des polykristallinen Gefüges) ist stark maßgebend für die elektrische Leitfähigkeit des Materials. Soll heißen: je mehr sogenannte Korngrenzen durch Kristallite vorhanden sind desto schlechter ist die Leitfähigkeit und damit der Wirkungsgrad.
Beim amorphem Gefüge verhält sich der Sachverhalt noch etwas anders. Hier ist der Wirkungsgrad generell am niedrigsten, da die Leitfähigkeit des amorphen Materials relativ gering ist im Vergleich zu einer Kristallstruktur, deren inhärente Fehlerordnung wesentlich zur Leitfähigkeit beitragen kann.
Gruß
Tomcheck
kurze Anmerkung: Die Kristallgröße hat per se nichts mit der Anzahl der Fehlstellen zu tun. Das bedeutet, dass deine Ausführungen, obwohl formal richtig, hier eine falsche Kausalität suggerieren.
Kurze Anmerkung zurück:
Ich hab nicht behauptet, dass die Kristallgröße mit der Anzahl der Fehlstellen zusammenhängt, wohl aber mit der Anzahl der Korngrenzen.
„…bei monokristallinen Zellen ein sogenannter Einkristall vorliegt. Das bedeutet es besteht ein sehr homogenes Gefüge mit wenig Fehlstellen…“
Naja. Doch haste. 
Hei, erstmal danke für die schnelle und verständliche Antwort!
Soll heißen: je mehr sogenannte Korngrenzen durch Kristallite
vorhanden sind desto schlechter ist die Leitfähigkeit und
damit der Wirkungsgrad.
Wieso ist das so? Wie kann man das auf atomarer Ebene erklären? Rekombinieren die Elektronen an Korngrenzen schneller und besser und wenn ja, wieso? Oder hat es was mit der Diffusionslänge zu tun?
Gruß, fjordsurfer
Moin,Moin
Punktdefekte (Lehrstellen oder „falsche“ Besetzungen) sind für die Funktion einer Solarzelle zwingend notwendig, sowohl in der Kristallstrukur als auch in der elektronischen Bandstruktur.
In einer Solarzelle wird durch ein Lichtquant ein Elektron in das Leitungsband gehoben, das zu einer Elektrode läuft und ein Elektronenloch zur anderen. An den Korngrenzen können die erzeugten Defekte mit vorhandenen rekombinieren. Der Wirkungsgrad sinkt.
In amorphen Silizium ist eine sehrviel höhere Punktdefektdicht im Material, so kommt es auch zu unerwünschten Rekombinationen.
Korngrenzen wirken sowohl als Senke, als auch als Quelle für Punktdefekte in den Kristallen. Dies hängt von vielen Faktoren ab, vorallem den Materialen, aber auch von der Herstellung.
Übrigen ist an den Korngrenzen die spez. Leitfähigkeit meist größer, durch die höhere Defektkonzentration. Ist dieser Effekt zu groß, wirkt er als Kurzschluss.
Hoffe es half.
…auch ein Einkristall besitzt Gitterfehler. Der ideale Kristall ist nur eine Modellvorstellung. In der Realität nicht darstellbar. Meine Aussage ist somit also richtig!
Soweit wollte ich jedoch nicht ausholen, aus Gründen der Verständlichkeit.
Zudem habe ich jetzt keine Lust solche „Spitzfindigkeiten“ mit dir auszutauschen. Der Fragesteller hat doch im Wesentlichen verstanden was gemeint war.
Wenn du es besser weist. Dann unternimm gerne einen eigenen Erklärungsansatz und stell die Sache klar.
Tomcheck
Wenn du es besser weist. Dann unternimm gerne einen eigenen
Erklärungsansatz und stell die Sache klar.
Auch wenn ich tatsächlich stillschweigend davon ausgehe es besser zu wissen, ging es mir nur darum, zu erwähnen dass deine Aussage so wie sie da steht den Eindruck einer falschen Kausalität erweckt.
Das dir klar ist, dass ein Einkristall nicht zwingend mehr oder weniger Fehlstellen hat als ein polykristallines Aggregat ist schon klar. Aber dem unbedarften Leser eher nicht.