Shockley-Queisser-Grenze: Bedeutung einfach erklärt

Shockley-Queisser-Grenze: Was ist damit gemeint?

Obergrenze des theoretischen Wirkungsgrads einer Solarzelle mit nur einem pn-Übergang. Aus der Abwägung zwischen der Transmission von Licht unterhalb der Bandlücke und den Thermalisierungsverlusten ergibt sich unter terrestrischem Sonnenlicht ein Maximum von etwa 33 % bei etwa 1,34 eV.

Japanische Bezeichnung: ショックレー・クワイサー限界

„Shockley-Queisser-Grenze“ kommt in 1 Übungsfrage aus 1 Thema vor, darunter Batterie- und Energiewerkstoffe.

Selbst ausprobieren: Fragen zu Shockley-Queisser-Grenze

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?

ABei kleiner Bandlücke ist die Spannung niedrig und überschüssige Energie wird zu Wärme, bei großer bleiben mehr Photonen unabsorbiert
BJe größer die Bandlücke, desto mehr Photonen werden absorbiert, doch die Beweglichkeit sinkt, sodass der Strom abnimmt
CJe kleiner die Bandlücke, desto weniger Rekombination, doch weil Sonnenlicht bei allen Wellenlängen gleich stark ist, flacht der Gewinn irgendwann ab

Lösung und Erläuterung anzeigen

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.

Shockley-Queisser-Grenze: Was ist damit gemeint?

Selbst ausprobieren: Fragen zu Shockley-Queisser-Grenze

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?

„Shockley-Queisser-Grenze“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Shockley-Queisser-Grenze“ vorkommt (1)

Verwandte Begriffe