NASA Science Mission Directorate (Deutsch)

by Gil Knier

back to the [email protected] story „The Edge of Sunshine“

What is Photovoltaics?

Photovoltaics is the direct conversion of light into electricity at the atomic level., Einige Materialien weisen eine Eigenschaft auf, die als photoelektrischer Effekt bekannt ist und bewirkt, dass sie Lichtphotonen absorbieren und Elektronen freisetzen. Wenn diese freien Elektronen eingefangen werden, entsteht ein elektrischer Strom, der als Strom verwendet werden kann.

Der photoelektrische Effekt wurde erstmals 1839 von einem französischen Physiker, Edmund Bequerel, festgestellt, der feststellte, dass bestimmte Materialien bei Lichteinwirkung geringe Mengen elektrischen Stroms erzeugen würden., 1905 beschrieb Albert Einstein die Natur des Lichts und den photoelektrischen Effekt, auf dem die Photovoltaik basiert, für den er später einen Nobelpreis für Physik gewann. Das erste Photovoltaikmodul wurde 1954 von Bell Laboratories gebaut. Es wurde als Solarbatterie in Rechnung gestellt und war meist nur eine Kuriosität, da es zu teuer war, um weit verbreitet zu werden. In den 1960er Jahren begann die Raumfahrtindustrie, die Technologie erstmals ernsthaft für die Stromversorgung an Bord von Raumfahrzeugen einzusetzen. Durch die Weltraumprogramme entwickelte sich die Technologie, ihre Zuverlässigkeit wurde hergestellt und die Kosten begannen zu sinken., Während der Energiekrise in den 1970er Jahren erlangte die Photovoltaik-Technologie Anerkennung als Energiequelle für Nicht-Weltraumanwendungen.

Das obige Diagramm veranschaulicht den Betrieb einer grundlegenden Photovoltaikzelle, auch Solarzelle genannt. Solarzellen bestehen aus den gleichen Halbleitermaterialien wie Silizium, die in der Mikroelektronikindustrie verwendet werden. Für Solarzellen wird ein dünner Halbleiterwafer speziell behandelt, um ein elektrisches Feld zu bilden, das auf der einen Seite positiv und auf der anderen negativ ist., Wenn Lichtenergie auf die Solarzelle trifft, werden Elektronen von den Atomen im Halbleitermaterial gelöst. Wenn elektrische Leiter an der positiven und negativen Seite befestigt sind und einen Stromkreis bilden, können die Elektronen in Form eines elektrischen Stroms-also Elektrizität-erfasst werden. Dieser Strom kann dann verwendet werden, um eine Last, wie ein Licht oder ein Werkzeug, mit Strom zu versorgen.

Eine Anzahl von Solarzellen, die elektrisch miteinander verbunden und in einer Stützstruktur oder einem Rahmen montiert sind, wird als Photovoltaikmodul bezeichnet., Module sind so ausgelegt, dass sie Strom mit einer bestimmten Spannung liefern, z. B. einem gemeinsamen 12-Volt-System. Der erzeugte Strom hängt direkt davon ab, wie viel Licht auf das Modul trifft.

Mehrere module können miteinander verdrahtet werden, um ein array zu bilden. Je größer die Fläche eines Moduls oder Arrays ist, desto mehr Strom wird im Allgemeinen erzeugt. Photovoltaikmodule und-arrays erzeugen Gleichstrom (DC) Strom., Sie können sowohl in Reihen-als auch in parallelen elektrischen Anordnungen angeschlossen werden, um eine beliebige Spannungs-und Stromkombination zu erzeugen.

Die gängigsten PV-Geräte von heute verwenden eine einzige Verbindung oder Schnittstelle, um ein elektrisches Feld innerhalb eines Halbleiters wie einer PV-Zelle zu erzeugen. In einer PV-Zelle mit einem einzigen Übergang können nur Photonen, deren Energie gleich oder größer als der Bandspalt des Zellmaterials ist, ein Elektron für einen Stromkreis freisetzen., Mit anderen Worten, die photovoltaische Reaktion von Einzelverbindungszellen ist auf den Teil des Sonnenspektrums beschränkt, dessen Energie über dem Bandspalt des absorbierenden Materials liegt, und Photonen mit niedrigerer Energie werden nicht verwendet.

Eine Möglichkeit, diese Begrenzung zu umgehen, besteht darin, zwei (oder mehr) verschiedene Zellen mit mehr als einem Bandspalt und mehr als einem Übergang zu verwenden, um eine Spannung zu erzeugen. Diese werden als „Multijunction“ – Zellen bezeichnet (auch „Cascade“ – oder „Tandem“ – Zellen genannt)., Multifunktionsgeräte können eine höhere Gesamtumwandlungseffizienz erzielen, da sie mehr vom Energiespektrum von Licht in Elektrizität umwandeln können.

Wie unten gezeigt, ist eine Mehrfunktionsvorrichtung ein Stapel einzelner Einzelverbindungszellen in absteigender Reihenfolge der Bandlücke (z. B.). Die obere Zelle fängt die hochenergetischen Photonen ein und leitet den Rest der Photonen weiter, um von Zellen mit niedrigerem Bandspalt absorbiert zu werden.

Ein Großteil der heutigen Forschung in Mehrfunktionszellen konzentriert sich auf Galliumarsenid als eine (oder alle) der Komponentenzellen., Solche Zellen haben unter konzentrierter Sonneneinstrahlung Wirkungsgrade von etwa 35% erreicht. Andere Materialien, die für Multifunktionsgeräte untersucht wurden, waren amorphes Silizium und Kupferindiumdiselenid.

Als Beispiel verwendet die folgende Multifunktionsvorrichtung eine obere Zelle aus Galliumindiumphosphid, „eine Tunnelverbindung“, um den Elektronenfluss zwischen den Zellen und eine untere Zelle aus Galliumarsenid zu unterstützen.,

Â
zurück zur [email protected] Story „The Edge of Sunshine“
Treten Sie unserer wachsenden Abonnentenliste bei – melden Sie sich für unsere Express News Delivery an und Sie erhalten jedes Mal eine E-Mail wir veröffentlichen eine neue Geschichte!!!
Mehr

Schlagzeilen

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.