Was ist die Fensterschicht in Solarzellen?

Eine einzige Fensterschicht in einer Solarzelle kann deren Effizienz steigern. Durch die Optimierung dieser Schicht lässt sich die Effizienz einer Solarzelle um bis zu 15 % steigern, was verdeutlicht, wie wichtig die Fensterschicht bei der Nutzung der Sonnenenergie ist. 

Die Fensterschicht ist eine dünne, durchsichtige Schicht, die Lichtverlust verhindert. Sie trägt dazu bei, mehr Licht zu leiten und Energie einzufangen. Fensterschichten sind mit den Grundbausteinen der Solarzelle verbunden, um mehr Licht eindringen zu lassen und mehr Energie einzufangen. 

Metalien wie Zinkoxid (ZnO) und Cadmiumsulfid (CdS) sind praktischerweise weit verbreitet. Doch jetzt experimentieren Hersteller mit neuen Optionen wie Zinkselenid (ZnSe). Da Innotinum in Deutschland die fortschrittlichsten und innovativsten Solarenergielösungen anbietet, ist die Erforschung verschiedener Fenstermaterialien wichtig, um billigere und bessere Solarzellen herzustellen.

Einführung einer Fensterschicht in Solarzellen 

Die Fensterschicht ist eine Dünnschicht, die in Solarzellen eine wichtige Rolle spielt. Es handelt sich um eine beschichtete Schicht, die sich auf den Flächen des Substrats befindet. Die Fensterschicht und die weniger dotierten Absorberschichten erzeugen einen p-n-Übergang, der bei der Speicherung und Trennung der durch Licht erzeugten Ladungsträger hilft. Ihre Schicht ist entscheidend, um die größtmögliche Leistung herauszuholen und die optimale Leistung von Solarzellen sicherzustellen. 

Warum ist die Fensterebene wichtig?

Maximierung der Lichtabsorption

Die Fensterschicht ist entscheidend, um sicherzustellen, dass die Solarzelle so viel Sonnenlicht wie möglich erhält. Sonnenenergie kann nur dann in Elektrizität umgewandelt werden, wenn das Sonnenlicht auf den aktiven Teil der Solarzelle trifft – normalerweise eine Schicht aus Halbleitermaterial wie Silizium. Wenn die Fensterschicht undurchsichtig oder ineffizient ist, kann weniger Sonnenlicht die aktive Schicht erreichen, was die Gesamteffizienz der Solarzelle verringert.

Schutz der inneren Schichten

Die Fensterschicht lässt nicht nur Sonnenlicht durch, sondern dient auch als Schutzbarriere für die empfindlicheren Innenschichten der Solarzelle. Sie verhindert, dass Staub, Schmutz und Feuchtigkeit an die empfindlichen Komponenten gelangen, die für die Funktion der Solarzelle entscheidend sind. Durch diesen Schutz trägt die Fensterschicht dazu bei, die Lebensdauer und Haltbarkeit der Solarzelle zu erhöhen.Sonnenkollektoren.

Elektrische Leitfähigkeit

Die Fensterschicht spielt auch eine wichtige Rolle bei der elektrischen Leitfähigkeit von Solarzellen. Damit Solarzellen funktionieren, benötigen sie einen Weg, um den durch den Photovoltaikprozess erzeugten Strom zu übertragen. Die Fensterschicht hilft dabei, den erzeugten Strom zum Rest der Solarzelle zu leiten, und ist somit ein entscheidender Teil der elektrischen Effizienz der Zelle.

Wie funktioniert die Fensterebene?

Die Fensterschicht spielt eine Schlüsselrolle für die Funktion der Solarzelle. Sie verbindet sich mit der Absorberschicht, damit die Ladungsträger erfasst und getrennt werden können. Für eine gute Funktion lässt sie mehr Licht durch ihre dünne Struktur und bietet weniger Widerstand. 

Eigenschaften von Fensterschichtmaterialien in Solarzellen 

Für eine effizientere Leistung einer Solarzelle sind einige Schlüsselfunktionen erforderlich.

• Geringer Serienwiderstand: Es muss den Strom gut leiten, um Stromverluste zu vermeiden. Dies ist auch wichtig, um den Ladevorgang effektiv durchzuführen. 

• Hohe Transparenz: Es sollte mehr Licht, speziell im nahen Infrarot- und sichtbaren Bereich der Sonne, für eine optimale Energieaufnahme durchlassen. 

• Hervorragende elektrische Eigenschaften: Die Schicht muss Ladungsträger hervorragend sammeln und transportieren können. Eine gute Kristallstruktur und maximale Ladungsträgerkonzentration sind für eine bessere Leistung unerlässlich.

• Ausreichender Verband: Es ist ein großflächiger Verband von ca. 2-3,5 eV erforderlich. Er sorgt für geringere Lichtabsorption und maximale Lichtdurchlässigkeit. 

• Kompatibilität und Stabilität: Diese Fensterschichten sind hitze- und chemikalienbeständig. Sie sollten auch dann gut funktionieren, wenn sie zu den anderen Teilen der Solarzellen beitragen.

4 Fensterschichtmaterialien für Solarzellen

1.Cadmiumsulfid (CDS)

Cadmiumsulfid wird normalerweise in dünnen Solarzellenstrukturen eingesetzt. Es funktioniert besser mit CdTe-basierten Solargeräten. Es lässt viel Licht herein und ist daher ideal für Solarmodule. Es hilft auch beim Sammeln und Trennen elektrischer Ladungen.

2. Zinkoxid (ZnO)

Zinkoxid ist die am häufigsten verwendete Option für Solarzellenfenster. Es ist lichtdurchlässig und hat eine hohe Spannung von 3,3 eV, wodurch es Sonnenlicht am besten absorbieren kann. Aufgrund seines spezifischen Widerstands ist es perfekt mit anderen Bestandteilen von Solarzellen kompatibel.

3. Zinksulfid (ZnS)

Zinksulfid erfreut sich als modernes Fensterschichtmaterial zunehmender Beliebtheit. Es hat eine ausgedehnte Spannung von etwa 3,6 eV und bietet eine außergewöhnliche optische Transparenz. 

Darüber hinaus ist ZnS keine giftige Fensterschicht und bietet die sicherste, umweltfreundlichste und bessere Option als andere. 

Derzeit experimentieren Hersteller mit verschiedenen Methoden, ZnS-Schichten hinzuzufügen, beispielsweise durch chemisches Aufsprühen oder Abscheiden. Auf diese Weise können sie dünne ZnS-Filme entwickeln, die für Solarzellen so effizient wie möglich sind.

4.Zinkselenid (ZnSe)

Zinkselenid eignet sich hervorragend als Fensterschichtmaterial. Sein sichtbares Lichtspektrum hat eine breite Spanne von etwa 2,7 eV. Sie können einen ZnSe-Dünnfilm durch den Einsatz verschiedener Methoden wie chemisches Bad, Sputtern und thermische Verdampfung erzeugen.

Einige Eigenschaften von ZnSe können durch die Art der Abscheidung und die anschließenden Schritte verändert werden. Diese Flexibilität macht es zum stärksten Kandidaten für den Ersatz anderer Materialien in der Solarzellentechnologie.

Welches Material eignet sich am besten für Fensterschichten in Solarzellen?

Die Hersteller installierten die dünnen Schichten aus Wolframdisulfid (WS2) als Fensterschicht in Solarzellen und beobachteten einen Photovoltaik-Umwandlungswirkungsgrad von 1,2 %. 

Es verfügt über einen größeren direkten Verband, der für die Lichtdurchlässigkeit wichtig ist.

Mithilfe des RF-Magnetronsputterns wird den Solarzellen ein dünner WS2-Film hinzugefügt. Bei dieser gesellschaftlichen Methode schießt eine Maschine winzige WS2-Stücke auf die Oberfläche in leeren Räumen. Durch die richtige Vorgehensweise können Sie Filme entwerfen, die Licht gut durchlassen, Elektrizität kontrollieren können und die stärkste Struktur haben.

Wissenschaftler experimentieren mit dem Hinzufügen der besten Materialfensterschicht in Solarzellen für eine hohe Effizienz. 

Funktions- und Designanforderungen an Fensterschichten in Solarzellen

Die Hauptaufgabe der Fensterschicht besteht darin, Lichtverluste gering zu halten und den effizienten Transport von Ladegeräten zu unterstützen. Sie sollte ausreichend Schutz bieten, transparent sein, einen geringen Widerstand aufweisen und solide strukturelle und elektrische Eigenschaften haben. 

Diese Eigenschaften sind wichtig, um möglichst viel Licht einzufangen, Ladungen zu sammeln und diese ausreichend zu trennen. 

Innovationen in der Fensterschichttechnologie

Da die Solartechnologie immer weiter fortschreitet, verbessern Forscher und Hersteller ständig die Materialien und Designs der Fensterschicht. Einige bemerkenswerte Innovationen sind:

Nanomaterialien: Forscher untersuchen den Einsatz von Nanomaterialien in Fensterschichten, um sowohl Transparenz als auch Leitfähigkeit zu verbessern. Nanomaterialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen haben sich als vielversprechend für die Verbesserung der Effizienz von Solarzellen erwiesen.

Transparente leitfähige Polymere: Während herkömmliche TCOs häufig verwendet werden, besteht ein zunehmendes Interesse an transparenten leitfähigen Polymeren (TCPs). Diese Materialien bieten eine flexible, leichte Alternative zu herkömmlichen Fensterschichten und behalten dabei dennoch gute Transparenz und Leitfähigkeit.

Verbesserte Beschichtungen: Ein weiterer Entwicklungsbereich ist die Verwendung von Antireflexbeschichtungen auf der Fensterschicht. Diese Beschichtungen tragen dazu bei, die Menge des Sonnenlichts zu verringern, die von der Solarzelle reflektiert wird, und sorgen dafür, dass mehr Licht absorbiert und in Elektrizität umgewandelt wird.

Einschränkungen und Herausforderungen

Bei einigen Materialien wie Zinkoxid (ZnO) und Cadmiumsulfid (CDS), die häufig zur Herstellung von Fensterschichten eingesetzt werden, können Einschränkungen und Herausforderungen auftreten. Die Toxizität von Cadmium und die Risiken der Behandlung sind bei CdS massive Probleme. 

Darüber hinaus lassen sich diese Materialien nicht gut hinsichtlich ihrer Eigenschaften handhaben. Daher suchen Hersteller nach den neuesten Fensterschichtmaterialien, die eine bessere Leistung als die bisherigen bieten. 

Fazit

Kurz gesagt ist eine Fensterschicht in Solarzellen äußerst wichtig. Sie hilft, Lichtverluste zu minimieren und ermöglicht es uns, Ladungen effektiv zu speichern. Während die am häufigsten in Fensterschichten verwendeten Materialien Cadmiumsulfid (CdS) und Zinkoxid (ZnO) sind, sind andere derzeit neu in der Solarzellentechnologie. 

Andere Solarmaterialien wie Zinkselenid zeigen einige Erfolge. Sie könnten die Probleme lösen, die andere Fensterschichten haben. Innotinum in Deutschland arbeitet hart daran, Ihnen Lithium-Ionen-Batterien aus dem besten Material anzubieten, die effizient mit den Solarzellen arbeiten. Ihr Ziel ist es, ihren Kunden die günstigsten und zuverlässigsten Energiespeicherlösungen anzubieten. 

Mit jahrelanger Erfahrung konzentrieren sie sich darauf, Solarlösungen anzubieten, die gut für die Umwelt und nicht zu teuer sind. Sie arbeiten an den neuesten Innovationen und Fortschritten, um Deutschlands wachsenden Bedarf an zuverlässiger und erschwinglicher sauberer Energie zu decken.