Aufrufe: 0 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 25.07.2025 Herkunft: Website
Mehrfachsolarzellen sind effizienter. In Laboren können sie einen Wirkungsgrad von bis zu 40 % erreichen. Single-Junction-Zellen erreichen im realen Einsatz normalerweise 19–25 %. Die folgende Tabelle zeigt die aktuellen Effizienzzahlen für beide Typen.
| des Solarzellentyps (kommerziell) | Wirkungsgradbereich | Wirkungsgradbereich (Labor) |
|---|---|---|
| Single-Junction-Siliziumzellen | 19-25 % | Bis zu 26,7 % |
| Mehrfachzellen | ~40 % (begrenzte kommerzielle Nutzung) | Über 47 % (Labor, konzentriert) |
Wie gut eine Solarzelle funktioniert, hängt davon ab, was Sie benötigen. Wenn Sie die beste Effizienz für spezielle Aufgaben wünschen, entscheiden Sie sich für Mehrfachsolarzellen. Wenn Sie günstigeren Solarstrom für Ihr Zuhause oder Ihr Unternehmen wünschen, sind Single-Junction-Zellen eine gute Wahl.
Mehrfachsolarzellen bestehen aus vielen Schichten, um mehr Sonnenlicht einzufangen. Sie funktionieren besser als Single-Junction-Zellen. Sie sind ideal für Platz und starkes Sonnenlicht.
Single-Junction-Solarzellen sind kostengünstiger und einfach herzustellen. Menschen nutzen sie häufig in Privathaushalten und Unternehmen. Sie bieten eine gute Mischung aus Preis, Stärke und stabiler Arbeit.
Mehrfachzellen funktionieren am besten an rauen Orten und dort, wo viel Strahlung vorhanden ist. Sie kosten mehr und werden auf normalen Dächern kaum verwendet.
Single-Junction-Zellen kommen gut mit wechselndem Wetter und Sonnenlicht zurecht. Sie eignen sich für die meisten Außenanwendungen und große Solarparks.
Die Wahl zwischen diesen Zellen hängt von Ihrem Geld, der Sonneneinstrahlung und Ihren Bedürfnissen ab. Für die meisten Menschen sind Single-Junction-Zellen am besten geeignet. Mehrfachzellen eignen sich am besten, wenn Sie einen hohen Wirkungsgrad benötigen oder besondere Verwendungen.
Mehrfachsolarzellen sind für ihre hohe Effizienz bekannt. Sie bestehen aus mehreren Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Jede Schicht nimmt einen bestimmten Teil des Sonnenlichts auf. Dadurch können sie mehr Energie sammeln als Einfachsolarzellen. Im Jahr 2023 stellten Wissenschaftler des Fraunhofer ISE und AMOLF einen neuen Rekord auf. Ihre Mehrfachsolarzelle erreichte 36,1 % Effizienz im Labor. Sie verwendeten eine Silizium-TOPCon-Zelle mit Galliumindiumphosphid und Galliumindiumarsenidphosphid. Eine spezielle Metall- und Polymerbeschichtung trug dazu bei, mehr Licht einzufangen. Dadurch war die Zelle effizienter als jede andere Mehrfachsolarzelle auf Siliziumbasis zuvor.
Mehrfachsolarzellen könnten theoretisch sogar noch besser sein. Mit drei Knotenpunkten könnten sie einen Wirkungsgrad von etwa 48,8 % erreichen. Durch das Hinzufügen weiterer Ebenen können sie noch besser werden. Sechsfachzellen könnten bis zu 54 % erreichen. Wenn Sie viele Schichten verwenden und das Sonnenlicht fokussieren, könnte der Wirkungsgrad über 65 % liegen. Aber im wirklichen Leben verschlechtern Dinge wie Materialqualität und Temperaturschwankungen die Ergebnisse.
| Anzahl der Verbindungen | Theoretischer maximaler Wirkungsgrad (detaillierte Bilanz) | Praktische Effizienzgrenzen | Wichtige begrenzende Faktoren |
|---|---|---|---|
| Annäherung an die Unendlichkeit | >65 % (keine Konzentration), >85 % (mit Konzentration) | N / A | Idealisierte Bedingungen, keine Optik- oder Verbindungsverluste |
| 3 | ~48,8 % | ~48,8 % (97 % des Grenzwerts) | Verfügbarkeit von Materialien für die untere Zelle mit geringer Bandlücke (~0,9 eV). |
| 4 | ~51,2 % | ~51,2 % (96 % des Grenzwerts) | Spektrale Schwankungen führen zu einer Stromungleichheit in der Reihenschaltung |
| 5 | ~52,8 % | ~52,8 % (94 % des Grenzwerts) | Optische Verluste und wirtschaftliche Zwänge begünstigen ≤5 Übergänge |
| 6 | ~54,0 % | ~54,0 % (93 % des Grenzwerts) | Temperaturschwankungen, unvollkommene Optik, spektrale Nichtübereinstimmung |
Mehrfachsolarzellen verwenden spezielle Materialien. Einige Beispiele sind Galliumindiumphosphid, Galliumindiumarsenidphosphid und Silizium. Diese Materialien tragen dazu bei, dass jede Schicht einen anderen Teil des Sonnenlichts aufnimmt. Durch die Spaltung des Sonnenlichts verlieren sie weniger Energie. Dadurch sind sie deutlich effizienter als Einfachsolarzellen. Dreifachzellen können erhalten werden über 40 % Effizienz bei fokussiertem Sonnenlicht. Sechs-Junction-Zellen haben in Laboren über 47 % erreicht. Sie funktionieren so gut, weil sie mehr Sonnenlicht nutzen können.
Single-Junction-Solarzellen haben nur eine Schicht zur Aufnahme des Sonnenlichts. Die meisten bestehen aus kristallinem Silizium. Diese Zellen werden heute in etwa 95 % der Solarmodule verwendet. Es gibt eine Grenze, die Shockley-Queisser-Grenze genannt wird, die angibt, wie gut sie sein können. Für Silizium liegt diese Grenze bei ca 33,7 % . Die meisten Single-Junction-Solarzellen, die Sie kaufen können, haben einen Wirkungsgrad von 19–25 %. Einige spezielle Typen, wie z Galliumarsenid-Zellen , erreichen können bis zu 25,5 % . Diese sind jedoch teurer und nicht so verbreitet wie Siliziumzellen.
| Materialeinsatz | in Single-Junction-Solarzellen, | typischer Wirkungsgradbereich, | Kosten und andere Hinweise |
|---|---|---|---|
| Kristallines Silizium (Si) | Am häufigsten (~95 % der verkauften Module) | Etwa 15–20 % typisch; hohe effizienz | Niedrige Kosten, reichlich vorhanden, lange Lebensdauer (25+ Jahre) |
| Galliumarsenid (GaAs) | Weniger verbreitet, aber wichtig | Typischerweise 20–25 %, mit Vorschüssen bis zu ~24,3–25,5 % | Höhere Kosten, höhere Effizienz, besser unter rauen Bedingungen |
| Amorphes Silizium (a-Si-H) | Seltener: Dünnschichttechnologie | Niedriger als kristallines Si | Vielseitig, aber weniger effizient |
| Cadmiumtellurid (CdTe) | Dünnschicht, nach Si am zweithäufigsten | Niedriger als Si | Kostengünstige Herstellung, weniger effizient |
| Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS) | Dünnschichttechnologie, aufstrebende Technologie | Hohe Laboreffizienz, aber komplexe Fertigung | Erfordert mehr Schutz als Si |
| Perowskite | Aufkommende Dünnschichttechnologie | Die Laboreffizienz verbesserte sich von 3 % (2009) auf >25 % (2020) | Wir entwickeln immer noch Haltbarkeits- und Herstellungsmethoden |
| Organische Photovoltaik (OPV) | Neue, flexible Anwendungen | Etwa halb so effizient wie kristallines Si | Kürzere Lebensdauer, potenziell geringere Kosten |
| Quantenpunkte | Experimental | Derzeit geringer Wirkungsgrad | Einfach herzustellende, anpassbare Bandlücke |
Die Shockley-Queisser-Grenze wurde 1961 festgelegt. Sie erklärt, warum Einfachsolarzellen nicht mehr als etwa ein Drittel des Sonnenlichts in Elektrizität umwandeln können. Dies liegt daran, dass eine Schicht nicht die gesamte Energie des Sonnenlichts nutzen kann. Manches Licht hat nicht genug Energie, um Strom zu erzeugen. Manche haben zu viel und verwandeln sich in Hitze. Wissenschaftler arbeiten immer noch daran, Single-Junction-Solarzellen besser zu machen. Doch die meisten Produkte liegen immer noch unter der bestmöglichen Effizienz.
Mehrfach- und Einfachsolarzellen funktionieren außerhalb des Labors unterschiedlich. Mehrfachsolarzellen sind besser für schwierige Bedingungen geeignet. Dadurch eignen sie sich hervorragend für Weltraummissionen und Satelliten. Ihre Effizienz kann jedoch sinken, wenn das Sonnenlicht nicht auf alle Schichten auf die gleiche Weise trifft. Tests zeigen, dass ungleichmäßiges Sonnenlicht dazu führen kann reduzieren ihre Produktion um über 40 % . Durch eine bessere Ausbreitung des Sonnenlichts kann der Wirkungsgrad von etwa 22 % auf 37 % gesteigert werden. Auch heiße Stellen und Temperaturschwankungen können die Leistung beeinträchtigen. Eine sorgfältige Gestaltung kann helfen, diese Probleme zu beheben.
Single-Junction-Solarzellen, insbesondere Siliziumsolarzellen, funktionieren an den meisten Orten im Freien gut. Ihre Effizienz bleibt unter normalen Bedingungen konstant. Allerdings können sie sich bei starker Strahlung, etwa im Weltraum, schneller abnutzen als Mehrfachzellen. Die Qualität der Materialien und die Art und Weise, wie die Zellen hergestellt werden, spielen eine große Rolle. Die Übereinstimmung zwischen der Bandlücke der Zelle und dem Sonnenlicht hat auch Einfluss darauf, wie gut sie funktionieren.
Viele Faktoren beeinflussen den Leistungsunterschied zwischen den beiden Typen:
Die Spannung und Qualität jeder Schicht in Mehrfachsolarzellen sind wichtig.
Für Mehrfachsolarzellen ist eine Stromanpassung zwischen den Schichten erforderlich.
Insbesondere bei komplexen Zellen kann die Materialqualität zu Verlusten führen.
Für beste Ergebnisse sollte das Design zum Sonnenlichtspektrum passen.
Tunnelverbindungen und Widerstände können die Leistung beeinträchtigen, insbesondere bei fokussiertem Sonnenlicht.
Eine bessere Fertigung kann dazu beitragen, die Lücke zwischen Labor- und Praxisergebnissen zu schließen.
Hinweis: Mehrfachsolarzellen sind effizienter, da sie mehr Teile des Sonnenlichts nutzen. Jede Schicht nimmt einen anderen Teil auf, sodass weniger Energie verloren geht. Dies verschafft ihnen einen Vorteil gegenüber Einfachsolarzellen, insbesondere wenn das Licht kontrolliert oder fokussiert wird.
Mehrfachsolarzellen sind für schwere Arbeiten eingesetzt . Sie funktionieren gut im Weltraum, weil sie leicht und stark sind. Ingenieure haben sie auf Satelliten und Mars-Rovern angebracht. Diese Zellen können mit starker Strahlung und großen Temperaturschwankungen umgehen. Ihr geringes Gewicht hilft, Geld zu sparen, wenn man Dinge in den Weltraum schickt.
Auf der Erde werden Mehrfachsolarzellen in CPV-Systemen verwendet. Diese Systeme verwenden Spiegel oder Linsen, um das Sonnenlicht zu bündeln. Das fokussierte Licht ist viel stärker als normales Sonnenlicht. Dadurch können die Zellen auf kleinerer Fläche mehr Strom erzeugen. Sie eignen sich gut für Projekte, die viel Leistung benötigen, aber wenig Platz haben.
Hinweis: Mehrfachsolarzellen sind in normalen Solarmodulen nicht üblich. Sie kosten viel und sind schwer herzustellen. Menschen nutzen sie, wenn sie die beste Leistung und nicht den niedrigsten Preis benötigen.
Häufige Anwendungen für Mehrfachsolarzellen:
Raumfahrzeuge und Satelliten
Mars-Rover-Missionen
Konzentrierte Photovoltaik-Kraftwerke (CPV).
Leistungsstarke Nischenenergiesysteme in rauen Umgebungen
Diese Zellen sind sehr gut im Umgang mit Strahlung. Sie funktionieren auch gut, wenn es heiß oder kalt wird. Dadurch eignen sie sich hervorragend für schwierige Orte, auf der Erde werden sie jedoch nicht häufig eingesetzt.
In den meisten Haushalten und Unternehmen werden Einfachsolarzellen verwendet. Auf vielen Dächern und Solarparks befinden sich monokristalline Siliziumzellen. Sie sind beliebt, weil sie günstig sind, lange halten und gut funktionieren.
Menschen verwenden Single-Junction-Solarzellen in flexiblen Panels und Ladegeräten. Einige Weltraumgeräte nutzen sie auch. Im Weltraum entscheiden sich Ingenieure manchmal für III-V-Einzelübergangszellen wie Galliumarsenid. Diese Zellen funktionieren gut und kommen mit den Platzverhältnissen zurecht.
| Technologietyp | Effizienzbereich (gewerblich) | Hauptvorteile für Dachinstallationen | Eignung für Wohn-/Gewerbedächer |
|---|---|---|---|
| Single-Junction-Silizium | 15-23 % (einige Labor >24 %) | Back Contact verlagert die Verkabelung nach hinten, verbessert die Lichterfassung und bietet eine bessere Leistung bei begrenztem Raum, Teilbeschattung und rauem Wetter | Dominante Technologie, hervorragend geeignet für Wohndächer |
| Tandem (Silizium + Perowskit) | Nähert sich 35 % (F&E-Phase) | Höhere Energieausbeute bei gleicher Dachfläche, besser in platzbeschränkten/schattigen Umgebungen | Aufstrebende Technologie, vielversprechend für den zukünftigen Einsatz auf Dächern |
| Perowskit-Einzelverbindung | Nahezu 30 % | Hohe Effizienz, hervorragende Temperaturleistung, niedrige Herstellungskosten, flexibel und leicht | Potenzial für Wohn- und Gewerbedächer, noch ausgereifte Technologie |
| Mehrfachzellen | Über 47 % (Labor) | Sehr hohe Effizienz, aber teuer und komplex | Beschränkt auf spezielle Anwendungen, nicht üblich für Dächer |
Single-Junction-Solarzellen sind einfach herzustellen und zu verwenden. Sie sind zuverlässig und nicht teuer. Ihr einfaches Design hilft Fabriken, viele davon herzustellen. Die meisten Leute wählen diese Zellen für ihre Dächer, weil sie an vielen Orten funktionieren.
Es ist wichtig, wie viel Solarzellen kosten und wie viele hergestellt werden können. Single-Junction-Solarzellen, insbesondere Siliziumsolarzellen, sind günstig in der Herstellung. Fabriken können viele auf einmal herstellen, sodass die Preise niedrig bleiben. Sie verwenden einfache Teile und gängige Materialien.
Mehrfachsolarzellen sind schwieriger herzustellen. Sie benötigen spezielle Schritte und seltene Materialien wie Galliumarsenid und Germanium. Für ihre Herstellung sind Spezialwerkzeuge und Reinräume erforderlich. Dadurch sind sie teurer. Da es schwierig ist, sie herzustellen, können Fabriken nicht so viele herstellen.
| Aspekt | Single-Junction-Silizium-Solarzellen | Traditionelle Multijunction-Solarzellen |
|---|---|---|
| Effizienz | 15-20 % | Über 40 %, theoretisch bis 50 % |
| Herstellungskosten | Relativ niedrig, Industriestandard | Sehr hoch, beschränkt den Einsatz auf Nischenanwendungen (z. B. Satelliten) |
| Skalierbarkeit | Hoch aufgrund der niedrigen Kosten und der etablierten Fertigung | Niedrig, die Kosten sind für den Einsatz in großem Maßstab unerschwinglich |
| Fertigungsinnovation | Standardmäßige Verarbeitung von Siliziumwafern | Komplexe Schichtung verschiedener Halbleiter |
| Auswirkungen auf den Markt | Weit verbreitet in kommerziellen Solarmodulen | Beschränkt auf spezialisierte, kostenintensive Anwendungen |
| Kostentrend mit Volumen | Die Kosten sinken mit zunehmender Größe | Aufgrund der Komplexität bleiben die Kosten hoch |
Tipp: Neue Möglichkeiten zur Herstellung von Mehrfachsolarzellen können deren Preis senken. Dies könnte dazu beitragen, dass in Zukunft mehr Menschen diese hocheffizienten Zellen nutzen.
Mehrfachsolarzellen reagieren empfindlicher auf Veränderungen des Sonnenlichts. Jede Schicht nutzt einen anderen Teil des Lichts. Wenn sich das Sonnenlicht ändert, funktionieren einige Schichten möglicherweise nicht richtig. Dadurch sinkt die Gesamtleistung. An Orten mit wechselndem Wetter sind diese Zellen nicht so stabil. Single-Junction-Solarzellen bewältigen Veränderungen des Sonnenlichts besser und funktionieren daher jeden Tag gut.
Mehrfachsolarzellen funktionieren wirklich gut. Sie bestehen aus vielen Schichten, die jeweils einen anderen Teil des Sonnenlichts einfangen. Dies verhilft ihnen zu einer sehr hohen Effizienz, insbesondere an besonderen Orten.
Hauptvorteile:
Sie können sehr effizient sein, in Laboren oft über 40 %.
Sie verbrauchen mehr Sonnenlicht, sodass weniger Energie verschwendet wird.
Sie sind leicht und stabil, was gut für den Platz ist.
Sie kommen bei starker Sonneneinstrahlung gut zurecht, wenn man Linsen oder Spiegel verwendet.
Sie können mit Strahlung und großen Temperaturschwankungen umgehen.
Ihre flexiblen Designs helfen an schwierigen oder anspruchsvollen Orten.
Hauptnachteile:
Aufgrund der seltenen Materialien und der harten Schritte ist ihre Herstellung sehr teuer.
Ihre Herstellung erfordert spezielle Werkzeuge und sorgfältige Arbeit.
Einige Teile können schneller verschleißen und daher möglicherweise nicht so lange halten.
Probleme bei der Materialbeschaffung können es schwierig machen, sie zu finden.
Sie eignen sich am besten für den Weltraum oder spezielle Solarenergie, nicht für die meisten Dächer.
Hinweis: Wissenschaftler arbeiten daran, diese Zellen billiger und stärker zu machen. Dies könnte dazu beitragen, dass in Zukunft mehr Menschen sie nutzen.
Single-Junction-Solarzellen sind die erste Wahl für Privathaushalte und Unternehmen. Ihr einfaches Design und ihre bewährte Verwendung machen sie einfach und zuverlässig.
Hauptvorteile:
Ihre Herstellung und der Einbau kosten weniger als mehrschichtige Zellen.
Durch ihre schlichte Form sind sie schnell und einfach aufzubauen.
Sie funktionieren gut und bleiben viele Jahre stabil.
Starke Materialien schützen sie vor Witterungseinflüssen und Beschädigungen.
Die Leute vertrauen ihnen, weil sie schon lange arbeiten.
Hauptnachteile:
Sie kann der Wirkungsgrad nicht über etwa 33 % liegen . Aufgrund eines Grenzwerts
Da nur eine Schicht Sonnenlicht aufnimmt, wird ein Teil der Energie in Wärme umgewandelt.
Sie sind nicht so biegsam und in verschiedenen Formen nicht so nützlich wie einige neue Zellen.
Im Weltraum oder an anderen schwierigen Orten funktionieren sie nicht so gut.
Tipp: Single-Junction-Solarzellen eignen sich am besten für die meisten Haushalte, Schulen und Unternehmen. Sie bieten eine gute Mischung aus Preis und Funktionsweise.
| Funktion | Multijunction-Solarzellen | Single-Junction-Solarzellen |
|---|---|---|
| Typische Effizienz (Labor) | Bis zu 47 % | Bis zu 27 % |
| Typischer Wirkungsgrad (kommerziell) | ~40 % (Sondernutzung) | 19–25 % |
| Kosten | Hoch | Niedrig |
| Haltbarkeit | Gut im Weltraum, weniger auf der Erde | Ausgezeichnet (25–30 Jahre) |
| Beste Verwendung | Raumfahrt, CPV, Sonderprojekte | Häuser, Unternehmen, Solarparks |
| Flexibilität | Hoch (kann leicht und biegbar sein) | Niedrig bis mäßig |
| Marktverfügbarkeit | Beschränkt | Sehr häufig |
Ob Sie Multijunction- oder Single-Junction-Solarzellen wählen, hängt davon ab, was Sie benötigen. Multijunction-Zellen eignen sich am besten für Raum oder spezielle Aufgaben . Sie sind sehr effizient, kosten aber mehr und verwenden seltene Materialien. Single-Junction-Zellen sind für die meisten Haushalte und Unternehmen besser geeignet. Sie sind günstiger, einfach zu verwenden und halten lange.
Bei der Auswahl von Solarmodulen sollten Menschen Folgendes bedenken:
Wie viel Geld sie ausgeben möchten
Wie viel Sonnenlicht bekommt ihr Gebiet?
Wofür sie die Paneele verwenden werden, zum Beispiel für Dächer oder Räume
In Zukunft könnten neue Ideen dazu beitragen, dass beide Arten besser funktionieren und weniger kosten. Dies könnte die Nutzung von Solarenergie für alle einfacher machen.
Mehrfachsolarzellen bestehen aus vielen Schichten. Jede Schicht nimmt einen anderen Teil des Sonnenlichts auf. Dies hilft ihnen, mehr Energie aus der Sonne zu gewinnen. Single-Junction-Zellen haben nur eine Schicht. Sie können nicht das gesamte Sonnenlicht nutzen, sodass ein Teil der Energie verloren geht.
Die meisten Leute benutzen Single-Junction-Siliziumplatten zu Hause. Mehrfachzellen sind teurer und erfordern die Installation durch Experten. Sie eignen sich am besten für Räume oder besondere Zwecke, nicht für die meisten Dächer.
Fabriken verwenden gängige Materialien wie Silizium, um Einfachzellen herzustellen. Die Herstellung ist einfach und schnell. Dadurch bleibt der Preis niedrig. Mehrfachzellen benötigen seltene Materialien und sorgfältige Schritte.
Mehrfachzellen funktionieren nicht so gut, wenn sich das Sonnenlicht ändert. Wolken können dazu führen, dass jede Schicht weniger beansprucht wird. An bewölkten Tagen schneiden Single-Junction-Zellen besser ab.
Die meisten Single-Junction-Panels funktionieren 25 bis 30 Jahre. Auch Mehrfachzellen halten lange, insbesondere im Weltraum. Wie lange sie auf der Erde haltbar sind, hängt davon ab, wo und wie sie verwendet werden.
