Messung und Berechnung von Silizium-Solarzellen

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GRIN Verlag, May 28, 2002 - Technology & Engineering - 120 pages
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Diplomarbeit aus dem Jahr 1998 im Fachbereich Elektrotechnik, Note: sehr gut, Westsächsische Hochschule Zwickau, Standort Zwickau (Fachbereich Elektrotechnik), Sprache: Deutsch, Abstract: Das Anwendungsgebiet der Photovoltaik ist bereits sehr breit. Es reicht von kleinen Leistungen in der Konsumgüterelektronik bis zu Photovoltaikkraftwerken im Megawatt - Bereich. Einziger Nachteil, der einer vollständigen Markteinführung im Wege steht, ist die relativ teure Herstellung der Solarzellen. Dies hat zur Folge, daß die Stromentstehungskosten hoch sind. Sie liegen um ein Vielfaches über den bei der konventionellen Energieerzeugung anfallenden Kosten. Dabei bleibt unberücksichtigt, was es kosten würde, die entstandenen Umweltschäden zu reparieren. Eine weitere Sensibilisierung der Bevölkerung für diese Thematik wäre wünschenswert. Für spezielle Anwendungsfälle, insbesondere bei der Stromversorgung von Kleinstgeräten (Taschenrechner, Uhr) und von nicht an das Versorgungsnetz angeschlossenen Gebäuden, ist die Photovoltaik den herkömmlichen Energieversorgungssystemen wirtschaftlich ebenbürtig bzw. sogar überlegen. Thema dieser Diplomarbeit sind nun aber keine ökonomischen oder umweltpolitischen Betrachtungen, sondern halbleitertechnische Probleme. Unter anderem soll hier die Wahl der Sperrschichtfolge für Solarzellen untersucht werden, d. h. warum eine n p + -Schichtfolge der p n + -Schichtfolge vorgezogen wird. Weiterhin sollen anhand einer Modellrechnung einige Halbleiterparameter der n p + -Solarzelle ermittelt werden. Eine gezielte Variation der Ausgangsgrößen soll die Einflüsse auf die errechneten Halbleiterparameter verdeutlichen. In Verbindung mit Messungen an ausgewählten Bauelementen (Solarzelle, Fotoelement) soll diese Modellrechnung zu einem funktionsfähigen SPICE - Modell einer Solarzelle führen, mit dem möglichst realistisch das Verhalten der Solarzelle für ausgewählte Anwendungsfälle am PC dargestellt werden kann. Weiterführend sollen die Ergebnisse der Modellrechnung als Grundlage zur Herstellung einer Solarzellenstruktur im „Business and Innovation Center“ in Stenn Verwendung finden. Inwiefern die technischen und finanziellen Möglichkeiten dafür geschaffen werden, konnte bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt noch nicht endgültig geklärt werden. Am Schluß wird noch eine Aufgabenstellung für ein Praktikum im Fach Photovoltaik angegeben und ein aufgebauter Licht- Frequenz- Wandler beschrieben.
 

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Abbildung 4-10 Abschnitt Absorption Absorptionskoeffizient Anlage Aufgabenstellung äußeren Spannung Bauelement Baumann Beleuchtungsstärke berechnet Berechnung Beschreibung Bestrahlungsstärke Cj/A nF/cm²]Cd/A nF/cm² dargestellt Diagramm Diffusionskapazität Diffusionskoeffizient Lebensdauer Geometriefaktor dj µm Dunkelkennlinie Dünnschichtsolarzellen Eigenleitungsdichte Einfluß elektrische Feldkonstante Emissionskoeffizienten Emitter entsprechenden Ergebnisse der Modellrechnung Ergebnisse der Variation ergibt ermittelt ersichtlich Flußrichtung Flußspannung folgenden Fotoelement Frequenz Frequenz-Wandler Füllfaktor Füllfaktor FF Füllfaktor Wirkungsgrad U0 Gallium-Arsenid Geometriefaktor Dn cm²/s Gleichung 4.9 groß Halbleiter Halbleiterparameter hohen I-U-Kennlinie Js mA/cm² Kapazität Kennlinie kleinen Kurvenverlauf Kurzschlußstrom Ladungsträgerbeweglichkeit Ladungsträgerlebensdauer Lebensdauer Geometriefaktor Dn Leerlaufspannung Leerlaufspannung Füllfaktor Wirkungsgrad Leitungsband Löcher Meßergebnisse Messungen Modell möglich monokristallinen Multimeter Nettostörstellenverteilung np-Übergangs Oszilloskop p-Basis Parallelwiderstand Parameter Photon Photostrom Photostromdichte Ip Photovoltaik polykristallinen Potentiometer Raumladungszone Rekombinationssättigungsstrom resultiert Sättigungsstrom Sättigungsstromdichte Schaltung Schaltungsanordnung Schematics Serienwiderstand Silizium Simulation Simulation der Dunkelkennlinie simuliert Solarzelle Solarzellenmodell soll Sperrichtung Sperrschichtgrenzen Sperrschichtkapazität SPICE-Modell Strom Temperatur Valenzband Verhalten der Solarzelle Widerstand Wirkungsgrad Wirkungsgrad U0 mV x2 µm z2 µm

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