Die erneuerbaren Energien - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 184

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rot gelb

0.3

0.2

0.1

0.6 1.0 1.4 1.8

..

Bandlucke W(eV)

Abb. 6.18 Die Abhängigkeit des theoretischen Wirkungsgrads einer Fotodiode von der Bandlücke
Δ W des Halbleitermaterials. Die Größe der Bandlücke für einige Halbleiter ist ebenfalls gezeigt (c-Si
= kristallines Silizium, a-Si = amorphes Silizium). Oben rechts ist ungefähr die Lage des sichtbaren
Spektralbereichs gezeigt, das Maximum des Wirkungsgrad liegt also im Infraroten

erreicht seinen maximalen Wert von η F ≈ Δ W optimium . Der maximal mögli-

che Wirkungsgrad ist im Wesentlichen bestimmt durch den Füllfaktor, aber er ist kleiner
als c f aus folgenden Gründen:

, für Δ W =

1. Die Dicke l der Sperrzone ist zu klein, so dass nicht alle auf A F einfallenden Photonen
in dieser Zone absorbiert werden, siehe ( 6.9 ) .
2. Die Photonenenergie ist zu klein, hν

Δ W , so dass keine Elektron-Loch-Paareerzeugt
werden, sondern die Fotodiode nur erwärmt wird.
3. Die Photonenenergie ist zu groß, hν

<

Δ W , so dass die Elektron-Loch-Paare ihre
überschüssige kinetische Energie in thermische Energie umsetzen: Die Fotodiode wird
erwärmt.
4. DieElektron-Loch-Paarerekombinieren,bevorsiedurchdaselektrischeFeldvoneinan-
der getrennt sind. Dieser Verlustmechanismus hängt von den Halbleitereigenschaten
ab, auch er führt zur Erwärmung der Fotodiode.
5. Die Erwärmung der Fotodiode reduziert die maximal mögliche Fotospannung U F, =
−

>

Δ W / e , siehe Abschn. 6.3.1 .

Diese Phänomene sind dafür verantwortlich, dass der in Abb. 6.18 gezeigte Wirkungs-
grad nur etwa halb so groß ist, wie Bandlücke und Füllfaktor allein erwarten ließen, näm-
lich η Wd ≈ ,. Deutschland allerdings ist bei der Nutzung der Fotovoltaik benachteiligt,
denn:

Der Kapazitätsfaktor für die Fotovoltaik in Deutschland beträgt κ ≈ ,, so dass sich
hier der Nutzungsgrad dieser Form der erneuerbaren Energien zu ζ Wd ≈ ,ergibt,
welche im Jahr 2010 nur 0,1 % des Primärenergiebedarfs lieferte.