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Quantenausbeute
Was ist die Quantenausbeute?
Die Quantenausbeute beschreibt den Anteil der Photonen, die beim Auftreffen auf eine Solarzelle in freie Elektronen – also elektrischen Strom – umgewandelt werden. Sie ist ein Maß für die photonenelektrische Effizienz eines Solarmaterials und wird häufig in Prozent angegeben.
Arten der Quantenausbeute
- Externe Quantenausbeute (EQE): Gibt an, wie viele Elektronen im Verhältnis zur Anzahl eingestrahlter Photonen am äußeren Anschluss der Zelle ankommen. Sie berücksichtigt auch Reflexions- und Absorptionsverluste außerhalb der Zelle.
- Interne Quantenausbeute (IQE): Bezieht sich nur auf die im Zellinneren tatsächlich absorbierten Photonen und zeigt die reine Umwandlungseffizienz innerhalb des Halbleitermaterials.
Warum ist die Quantenausbeute wichtig?
Die Quantenausbeute ist eine zentrale Kenngröße zur Bewertung und Optimierung von Solarzellen. Sie erlaubt Rückschlüsse darauf, bei welchen Wellenlängen eine Zelle besonders effizient arbeitet und wo Potenziale zur Verbesserung bestehen. Besonders bei der Entwicklung neuer Zelltypen (z. B. Tandem- oder Dünnschichtzellen) ist die spektrale Analyse über die Quantenausbeute unverzichtbar.
Typische Werte und Interpretation
Moderne monokristalline Solarzellen erreichen in Teilen des sichtbaren Spektrums eine externe Quantenausbeute von über 80 %. Besonders hohe Werte sind im Bereich zwischen 400 nm und 700 nm erwünscht, da dort die Intensität des Sonnenlichts am größten ist. Abweichungen oder Einbrüche in der Kurve deuten auf Reflexionen, Absorptionsverluste oder Defekte im Zellaufbau hin.
Wie wird die Quantenausbeute gemessen?
Die Messung erfolgt mit einem spektral einstellbaren Lichtquellensystem und einer Referenzmessung. Dabei wird die Solarzelle mit monochromatischem Licht bestrahlt, und der erzeugte Strom wird bei jeder Wellenlänge aufgezeichnet. Die resultierende Kurve zeigt die spektrale Empfindlichkeit der Zelle und gibt präzise Hinweise auf ihre Leistungsfähigkeit.
Einflussfaktoren auf die Quantenausbeute
- Reflexionsverluste an der Oberfläche (z. B. ohne Antireflex-Beschichtung)
- Absorption in nicht-aktiven Zellbereichen
- Materialqualität und Dotierung
- Defekte oder Rekombinationsverluste im Halbleiter
- Dicke und Struktur der aktiven Schicht