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Silizium
Was ist Silizium?
Silizium ist ein chemisches Element und gehört zur Gruppe der Halbmetalle. Es ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und kommt hauptsächlich in Form von Siliziumdioxid (Quarzsand) vor. In der Photovoltaik wird hochreines Silizium verwendet, da es die elektrischen Eigenschaften eines Halbleiters besitzt, das heißt, es leitet Strom unter Lichtwirkung.
Welche Rolle spielt Silizium in Solarzellen?
Silizium ist der Grundbaustein fast aller modernen Solarzellen. In einer Silizium-Solarzelle wird Sonnenlicht genutzt, um Elektronen freizusetzen und so elektrische Energie zu erzeugen. Die besonderen elektronischen Eigenschaften von Silizium ermöglichen den sogenannten photovoltaischen Effekt, der die Umwandlung von Licht in Strom erlaubt.
Wie ist eine Silizium-Solarzelle aufgebaut?
Eine typische Silizium-Solarzelle besteht aus einer dünnen, meist p-dotierten Siliziumschicht und einer n-dotierten Schicht. Am Übergang dieser beiden Schichten (p/n-Übergang) entsteht ein elektrisches Feld, das die durch Licht angeregten Elektronen und Löcher trennt und so den Stromfluss ermöglicht.
Welche Arten von Silizium-Solarzellen gibt es?
- Monokristallines Silizium (c-Si): Hergestellt aus einem einzelnen, reinen Kristall, bietet es hohe Wirkungsgrade (typisch 18–24%).
- Polykristallines Silizium (mc-Si): Besteht aus mehreren kleinen Kristallen, ist kostengünstiger, hat aber etwas geringere Wirkungsgrade (typisch 15–20%).
- Amorphes Silizium (a-Si): Dünnschicht-Technologie mit niedrigerem Wirkungsgrad (ca. 10–15%) und flexibler Anwendung.
Warum wird Silizium so oft für Photovoltaik verwendet?
- Silizium ist in großen Mengen natürlich vorhanden und kann zu hochreinem Material verarbeitet werden.
- Es besitzt die idealen Halbleitereigenschaften für die Umwandlung von Licht in elektrischen Strom.
- Silizium-Solarzellen sind langlebig, robust und gut erforscht.
- Technologische Weiterentwicklungen ermöglichen immer höhere Wirkungsgrade und sinkende Kosten.
Wie wird Silizium für Solarmodule hergestellt?
Aus Siliziumoxid (Quarzsand) wird in industriellen Prozessen zunächst reines Silizium gewonnen. Dieses wird in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten und anschließend dotiert, um p- und n-Schichten zu erzeugen. Die Wafer werden zu Solarzellen weiterverarbeitet, die dann in Solarmodule eingebaut werden.