Lichtmanagement

Lichtmanagement für Solarzellen beschäftigt sich mit der effizienten Einkopplung von Solarstrahlung in den Absorber der Solarzelle. Ziel ist es, einen möglichst hohen Anteil des Sonnenspektrums in den aktiven Schichten der Solarzelle unter Bildung von Elektron-Loch-Paaren zu absorbieren. Dabei sind sonstige Verlustmechanismen, wie Reflexion, Absorption in Kontaktmaterialien und, bei dünnen Zellen, Transmissionsverluste zu unterdrücken.

Bei der Herstellung von Solarzellen aus Silizium ist zusätzlich noch der, aufgrund der indirekten Bandlücke von Silizium, niedrige Absorptionskoeffizient von Silizium für langwelliges Sonnenlicht eine Herausforderung. Insbesondere beim Übergang von waferbasierten Solarzellen zu Dünnschichtsolarzellen stellt sich hierbei die Herausforderung, das langwellige Licht effektiv zu nutzen. Abbildung 1 zeigt hierzu den Anteil des Sonnenlichtes, der von einer 10 µm dicken, kristallinen Siliziumschicht bei einfachem Lichtdurchgang absorbiert wird im Vergleich zum von Silizium generell absorbierbaren Licht. Ohne Steigerung der Absorption könnte eine Dünnschichtsolarzelle nur ca. 50 % des theoretisch möglichen Stromertrags liefern.

Gesteigert werden kann die Absorption in den aktiven Schichten der Solarzelle durch Lichtstreuung in die aktiven Schichten. Hierdurch kann der Lichtweg der Sonnenstrahlung durch das Silizium um ein Vielfaches erhöht werden. Eine solche Lichtstreuung kann z.B. durch die Verwendung von stochastisch rauen Oberflächen erzielt werden.


Abbildung 1