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Photovoltaikmodule wurden erstmals im Jahr 2000 in Serie produziert, als deutsche Umweltschützer und die Organisation Eurosolar staatliche Mittel für ein Hunderttausend-Dächer-Programm erhielten. Galliumnitrid gehört zu einer Generation vielversprechender lichtemittierender Materialien. Seine direkte Energiebandlücke von ~3,4 eV bei Raumtemperatur macht es besonders geeignet für die Emission im blauen und nahen UV-Spektralbereich. Das Material weist häufig eine hohe Temperaturstabilität und einen geringen elektrischen Verlust auf, und daher ist GaN im Allgemeinen ein guter Kandidat für die Herstellung von Hochtemperatur- und Hochleistungsgeräten. Die volatile Energie, die Solarthermieanlagen erzeugen, erfordert den Einsatz von Speichern. Um diese Speichersysteme mit Stromnetzen zu verbinden, entwickelt und liefert TRUMPF Hüttinger das Herzstück jeder Solarstromanlage – innovative bidirektionale Wechselrichter.

Elektronen in diesen Materialien werden durch Sonnenenergie freigesetzt und können veranlasst werden, durch einen Stromkreis zu wandern, elektrische Geräte mit Strom zu versorgen oder Strom an das Netz zu senden. Im Vergleich zu fossilen und nuklearen Energiequellen wurde sehr wenig Forschungsgeld in die Entwicklung von Solarzellen investiert, sodass erhebliches Verbesserungspotenzial besteht. Dennoch haben experimentelle hocheffiziente Solarzellen im Fall von konzentrierenden Photovoltaikzellen bereits Wirkungsgrade von über 40 %, und die Wirkungsgrade steigen schnell, während die Massenproduktionskosten rapide sinken. Insgesamt ist der Herstellungsprozess der Solarphotovoltaik insofern einfach, als er nicht den Höhepunkt vieler komplexer oder beweglicher Teile erfordert. Aufgrund der Solid-State-Natur von PV-Systemen haben sie oft eine relativ lange Lebensdauer von 10 bis 30 Jahren.

Andere Technologien wie CIGS zeigen jedoch selbst in diesen frühen Jahren viel geringere Abbauraten. In der Literatur sind mehrere Studien verfügbar, die sich mit der Leistungsdegradationsanalyse von Modulen auf Basis unterschiedlicher Photovoltaiktechnologien befassen. Laut einer aktuellen Studie ist die Degradation Hier von Modulen aus kristallinem Silizium sehr regelmäßig und schwankt zwischen 0,8 % und 1,0 % pro Jahr. Photovoltaikanlagen werden seit langem in spezialisierten Anwendungen als Inselinstallationen eingesetzt und netzgekoppelte PV-Anlagen sind seit den 1990er Jahren im Einsatz.

In der Vergangenheit wurden die meisten Dünnschicht-PV-Zellen durch vakuumbasierte Verfahren hergestellt. Lösungsverarbeitete Dünnschicht-PV-Zellen sind sehr wünschenswert, da sie die Kosten der Energieerzeugung senken können. Bei den meisten Dünnschicht-PV-Technologien fungieren Metalloxide als Schlüsselfunktionsschichten innerhalb der PV-Zellstrukturen. Als die Dünnschicht-PV in die Phase der Lösungsherstellung überging, wurde die Lösungsabscheidung von Metalloxiden notwendig. Das Kapitel wählt die beiden am meisten erforschten Dünnschicht-PV-Technologien, d. Organische PV und Perowskit-PV, als Beispiele aus, um zu erklären, wie lösungsverarbeitete Metalloxide als Ladungstransport- und Extraktionsschichten in diesen PV-Zellen funktionieren.

Die Sensibilisierung stromgleichrichtender bipolarer Membranen für sichtbares Licht durch kovalente Modifikation mit Photosäure-Farbstoffmolekülen führte zur Beobachtung einer „umgekehrten" photovoltaischen Wirkung. Diese Dioden- und photovoltaischen Protonenfunktionen motivieren zur weiteren Untersuchung ionischer Analoga zu elektronischen Geräten, die für Anwendungen wichtig sein können, bei denen Elektronik direkt mit wässrigen Lösungen verbunden ist. Power-by-Light-Systeme ermöglichen die Energieübertragung mit Licht statt mit Strom. Photovoltaische Laserleistungswandler sind die Schlüsselelemente von Power-by-Light-Systemen. Photovoltaische Laserleistungskonverter weisen den höchsten photovoltaischen Wirkungsgrad auf. Photovoltaik-Laserleistungswandler zielen auf einen Betrieb nahe der Strahlungsgrenze ab.

Zwei neue vielversprechende Dünnschichttechnologien sind Kupfer-Zink-Zinn-Sulfid, Zinkphosphid und einwandige Kohlenstoff-Nanoröhren. Diese dünnen Filme werden derzeit nur im Labor hergestellt, könnten aber in Zukunft kommerzialisiert werden. Es wird erwartet, dass die Herstellung von CZTS und die Prozesse denen der aktuellen Dünnschichttechnologien von CIGS bzw. Während die Absorberschicht von SWCNT PV voraussichtlich mit dem CoMoCAT-Verfahren synthetisiert wird.

Für Solarzellen wird ein dünner Halbleiterwafer speziell behandelt, um ein elektrisches Feld zu bilden, das auf der einen Seite positiv und auf der anderen Seite negativ ist. Trifft Lichtenergie auf die Solarzelle, werden Elektronen aus den Atomen im Halbleitermaterial herausgeschlagen. Werden an den positiven und negativen Seiten elektrische Leiter angebracht, die einen Stromkreis bilden, können die Elektronen in Form von elektrischem Strom – also Elektrizität – eingefangen werden.