Bei einer Solarzelle mit nur einem pn-Übergang gibt es für die Bandlücke des Absorberhalbleiters einen optimalen Wert, bei dem der theoretische Wirkungsgrad maximal wird (unter terrestrischem Sonnenlicht ca. 1,1–1,4 eV). Welche Begründung ist richtig?

Lösung: A. Bei kleiner Bandlücke ist die Spannung niedrig und überschüssige Energie wird zu Wärme, bei großer bleiben mehr Photonen unabsorbiert

Ein Photon wird nur absorbiert, wenn seine Energie mindestens der Bandlücke Eg entspricht, und die über Eg hinausgehende Energie geben die Ladungsträger als Wärme an das Gitter ab (Thermalisierungsverlust). Außerdem kann die Leerlaufspannung Eg/q nicht übersteigen. Bei kleinem Eg werden mehr Photonen absorbiert, aber pro Photon lässt sich weniger Energie entnehmen; bei großem Eg ist die Spannung höher, Photonen mit einer Energie unterhalb von Eg werden jedoch nicht absorbiert und durchgelassen. Aus diesem Kompromiss ergibt sich die Shockley-Queisser-Grenze: Unter terrestrischem Standard-Sonnenlicht (AM1,5) ist der theoretische Wirkungsgrad im Bereich von ca. 1,1–1,4 eV mit ca. 32–33 % hoch und erreicht bei ca. 1,34 eV sein Maximum von ca. 33 %. Die Aussage, eine größere Bandlücke erhöhe die Absorption, kehrt den Zusammenhang um. Die Intensität des Sonnenlichts hängt stark von der Wellenlänge ab und ist nicht konstant.