Amorphes Silizium (a-Si) ist eine Form von nicht-kristallinem Silizium, das in Dünnschicht-Solarzellen verwendet wird. Im Gegensatz zu kristallinem Silizium, das eine geordnete, regelmäßige Kristallstruktur hat, besteht amorphes Silizium aus einem ungeordneten, nicht-kristallinen Material. Hier sind einige wichtige Aspekte von amorphem Silizium in der Photovoltaik:
1. Eigenschaften von amorphem Silizium
- Struktur: Amorphes Silizium hat keine geordnete Kristallstruktur. Es besteht aus einem Netz von Siliziumatomen, das zufällig angeordnet ist.
- Dünnschichttechnologie: Amorphes Silizium wird in sehr dünnen Schichten (etwa 1 Mikrometer dick) auf ein Substrat aufgetragen, was Materialkosten und Gewicht reduziert.
- Bandlücke: Die Bandlücke von amorphem Silizium ist größer als die von kristallinem Silizium, was zu einer besseren Absorption von sichtbarem Licht führt.
2. Herstellung von amorphen Siliziumzellen
- Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD): Diese Methode wird häufig verwendet, um dünne Schichten von amorphem Silizium auf Substrate wie Glas, Metall oder Kunststoff aufzutragen. Dabei wird ein Gasgemisch (meist Silan, SiH4) in ein Plasma überführt, das auf dem Substrat eine Schicht aus amorphem Silizium bildet.
- Schichtaufbau: Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium bestehen typischerweise aus mehreren Schichten, einschließlich einer p-Schicht, einer intrinsischen Schicht (i-Schicht) und einer n-Schicht, die zusammen eine p-i-n-Diode bilden.
3. Vorteile von amorphem Silizium
- Kosten: Die Herstellungskosten sind niedriger als bei kristallinem Silizium, da weniger Material benötigt wird und der Produktionsprozess weniger energieintensiv ist.
- Flexibilität: Amorphes Silizium kann auf flexible Substrate aufgetragen werden, was innovative Anwendungen wie flexible Solarmodule und integrierte photovoltaische Produkte ermöglicht.
- Gute Leistung bei diffusem Licht: Amorphe Siliziumzellen können bei schlechten Lichtverhältnissen, wie bewölktem Himmel oder indirekter Sonneneinstrahlung, relativ gut funktionieren.
4. Nachteile von amorphem Silizium
- Geringerer Wirkungsgrad: Amorphe Siliziumzellen haben im Allgemeinen einen niedrigeren Wirkungsgrad (etwa 6-10%) im Vergleich zu monokristallinen (15-20%) oder polykristallinen (13-16%) Siliziumzellen.
- Degradation: Amorphe Siliziumzellen zeigen eine höhere Anfangsdegradation, bekannt als Staebler-Wronski-Effekt, bei dem der Wirkungsgrad in den ersten Betriebsmonaten abnimmt.
- Lebensdauer: Aufgrund der schnelleren Degradation und der geringeren Effizienz haben amorphe Siliziumzellen oft eine kürzere Lebensdauer als kristalline Siliziumzellen.
5. Anwendungen von amorphem Silizium
- Kleinere Geräte: Amorphe Siliziumzellen werden häufig in kleinen elektronischen Geräten wie Taschenrechnern und Uhren verwendet.
- Gebäudeintegrierte Photovoltaik (BIPV): Aufgrund ihrer Flexibilität und ihres ästhetischen Erscheinungsbilds eignen sich amorphe Siliziumzellen gut für die Integration in Gebäudefassaden, Fenster und Dächer.
- Tragbare Solarladegeräte: Die Flexibilität und Leichtigkeit von amorphen Siliziumzellen machen sie ideal für tragbare Solarladegeräte und andere mobile Anwendungen.
6. Zukunftsperspektiven
- Verbesserung der Effizienz: Forscher arbeiten an der Verbesserung der Effizienz von amorphen Siliziumzellen durch verschiedene Techniken wie Tandemzellen, bei denen mehrere Schichten von Dünnschichtzellen übereinander gestapelt werden.
- Neue Materialien und Kombinationen: Die Kombination von amorphem Silizium mit anderen Materialien wie mikrokristallinem Silizium oder organischen Materialien könnte zu effizienteren und langlebigeren Solarzellen führen.
Fazit
Amorphes Silizium bietet eine kostengünstige und flexible Alternative zu kristallinem Silizium in der Photovoltaik. Trotz einiger Nachteile wie niedrigerer Wirkungsgrad und schnellerer Degradation bleibt es aufgrund seiner Vielseitigkeit und niedrigen Produktionskosten eine wichtige Technologie, insbesondere für spezialisierte Anwendungen und integrierte photovoltaische Systeme. Forschung und Entwicklung zielen darauf ab, die Effizienz und Stabilität amorpher Siliziumzellen weiter zu verbessern.
