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Photovoltaik Dünnschichtmodul

Photovoltaik Dünnschichtmodul, Fotovoltaik dünnschichtiges Modul
PhotovoltaikPhotovoltaik
Was bedeudet Photovoltaik? -> Lexikoneintrag
Dünnschichtmodul

Niedrigster Wirkungsgrad bei Photovoltaikmodulen.

Wirkungsgrad: Bis 8%

Durchnschnittlicher Wirkungsgrad handelsüblicher Module: 6,5%

Leistung: Bis 90Wp / m²

Herstellung erfordert einen niedrigen Energieeinsatz.

Die Größe eines Moduls variiert je nach Hersteller und Modell zwischen 0,4m² und 1,7m²

Äußeres Erkennungsmerkmal Photovoltaik Dünnschichtmodul

Dünnschicht Photovoltaikmodule erkennt man an den durchgehenden tiefer liegenden Trennungen innerhalb des Moduls.  Die Module bestehen nicht aus einem Verbund aus mehreren Solarzellen, sondern sind aus einem Stück, die Trennungen mittels Laser und CNC aufgeteilt und dann in Reihe geschaltet werden. Diese Technik sorgt für eine Spannungsanhebung von 1V ohne Trennung auf 12V bei 12 oder mehr Trennungen.

Technisches Erkennungsmerkmal Photovoltaik Dünnschichtmodule

Dünnschicht Photovoltaikmodule werden mit einer völlig anderen Technik hergestellt. Sie benötigen keine aufwendige Waferproduktion und somit am wenigsten Energie. Dadurch sind die Produktionskosten deutlich billiger als bei poly- oder mononkristallinen Solarzellen. Ihr Wirkungsgrad ist von allen Photovoltaikmodulen am kleinsten.

Herstellung am Photovoltaik Dünnschichtmodule am Beispiel CIGS

Als Träger für die Halbleiterdünnschicht dient handelsübliches Glas, Metallblech, oder Kunststoff, das cirka 2-3mm dick ist. Über ein Sprayverfahren wird eine dünne Schicht ca. 10 bis 20nm Molybdän aufgebracht.

Nach der Trocknung wird die Molybdänschicht mit einem Laser oder per CNC in Streifen geschnitten. Diese Streifen dienen später als  Rückkontakte und werden Serienverschaltet.

Der Absorber der aus einer Mischung aus Kupfer, Indium, Sulfid, Gallium und Selen besteht wird bei hohen Temperaturen auf das Substrat gedampft. Die Dicke beträgt ungefähr 20 bis 30nm.

Im nächsten Schritt wird eine Zwischenschicht (Pufferschicht) genannt aus Cadmiumsulfid per chemisches Tauchbad aufgebracht. Die Dicke beträgt ungefähr 0,5 nm.

Im nächsten Schritt wird der Absorber und die Zwischenschicht (Pufferschicht) durch eine mechanische CNC strukturiert ähnlich wie in Punkt 2.

Über ein Sprayverfahren wird eine dünne Schicht ca. 10 bis 20nm Zinkoxid aufgebracht. Dem so genannten Frontkontakt.

Nun wird der Frontkontakt wieder durch eine mechanische CNC strukturiert ähnlich wie in den Arbeitsschritten vorher.

Beim nächsten Arbeitsschritt werden die elektrischen Kontakte auf den Frontkontakt und Rückkontakt aufgebracht und das Dünnschichtmodul versiegelt (Laminiert).

Neben dem Wirkungsgrad sind Fragen zur Langzeitstabilität von großer Bedeutung. Besonders geeignet scheint das polykristalline Material Cu (In, Ga) Se2 (CIGS) zu sein, das mit einem theoretischen Wirkungsgrad von ca. 28% aufwartet.

Unterschiede bei Photovoltaik Dünnschichtmodulen

Dünnschichtzellen gibt es in verschiedenen Bauformen. Je nach Herstellungsart, Substrat und aufgedampften chemischen Elementen.

Amorphe Dünnschichtsolarzellen bestehen aus einer sehr dünnen, amorphen nichtkristallinen Siliziumschicht (amorphes Silizium a-Si:H). Sie können preiswert produziert werden und haben im Sonnenlicht einen geringeren Wirkungsgrad als kristalline Solarzellen, bieten jedoch Vorteile bei wenig Licht, Streulicht und hoher Betriebstemperatur.

Mikrokristalline Zellen sind Dünnschichtzellen mit mikrokristallinem Silizium (µc-Si:H). Sie weisen einen höheren Wirkungsgrad als amorphe Zellen.

Beispiele:

Gallium-Arsenid (GaAs)

Cadmium-Tellurid (CdTe)

Kupfer-Indium-Schwefel-Selen-Verbindungen. Je nach Zelltyp Schwefel oder Selen (CIS)

Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen-Verbindungen. Je nach Zelltyp Schwefel oder Selen (CIGS)

Tandem Solarzellen sind eine Kombination übereinander geschichteter polykristalliner und amorphen Solarzellen. Die einzelnen Schichten bestehen aus unterschiedlichem Material und sind so auf einen breiteren Wellenlängenbereich des Lichtes abgestimmt. Durch dieses breitere  nutzbare Lichtspekrum haben diese Solarzellen einen besseren Wirkungsgrad als einfache amorphe, mikrokristalline oder polykristalline Solarzellen.

Vorteile der Dünnschicht Photovoltaikmodule

Einfach und großflächig zu produzieren.
Benötigen kein rigides Substrat.
Hoher Wirkungsgrad bei diffusen Licht. Höher als bei poly- oder monokristallinen Modulen.
Bei der Herstellung sind nur niedrige Prozesstemperaturen erforderlich.

Theoretischer Wirkungsgrad Photovoltaik Dünnschichtmodulen

Dünnschicht Photovoltaikmodule warten mit einem theoretischen Wirkungsgrad von cirka 27% auf.

Tandem Photovoltaikmodule warten mit einem theoretischen Wirkungsgrad von cirka 38% auf.

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