Siliziumdioxid

Siliziumdioxid (SiO₂), auch als Quarz bekannt, ist eine chemische Verbindung, die in der Natur häufig vorkommt und eine entscheidende Rolle in der Herstellung von Siliziumsolarzellen spielt.

Bedeutung für die Photovoltaik

  • Ausgangsstoff für Silizium: Silizium, das Herzstück jeder Siliziumsolarzelle, wird aus Siliziumdioxid gewonnen. Durch aufwendige Prozesse wird das Sauerstoffatom aus dem Siliziumdioxid entfernt, um hochreines Silizium zu erhalten.
  • Passivierung: Siliziumdioxid bildet an der Oberfläche von Silizium eine dünne Passivschicht, die die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle verbessert. Diese Schicht verhindert unerwünschte Oberflächenzustände, die die Effizienz der Zelle beeinträchtigen könnten.
  • Antireflexbeschichtung: Siliziumdioxid wird auch als Bestandteil von Antireflexbeschichtungen eingesetzt. Diese reduzieren die Reflexion des einfallenden Lichts an der Oberfläche der Solarzelle und erhöhen somit den Anteil des Lichts, das in die Zelle eindringt und in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Herstellungsprozesse

Die Gewinnung von Silizium aus Siliziumdioxid ist ein komplexer Prozess, der in mehreren Schritten abläuft:

  1. Quarzsandaufbereitung: Der Rohstoff, meist Quarzsand, wird gereinigt und aufbereitet.
  2. Karbidbildung: In einem Hochofen wird der Quarzsand mit Kohlenstoff (Koks) bei hohen Temperaturen zu Siliziumkarbid reduziert.
  3. Siliziumherstellung: Das Siliziumkarbid wird anschließend mit Chlor reagiert, um hochreines Trichlorsilan zu erhalten. Dieses wird durch Reduktion mit Wasserstoff in elementares Silizium umgewandelt.

Vorteile von Siliziumdioxid in der Photovoltaik

  • Natürliche Verfügbarkeit: Siliziumdioxid ist eines der häufigsten Mineralien auf der Erde.
  • Gute elektrische Eigenschaften: Die Passivschicht aus Siliziumdioxid verbessert die elektrische Leistung von Solarzellen.
  • Mechanische Stabilität: Siliziumdioxid ist ein sehr stabiles Material, das auch unter extremen Bedingungen seine Eigenschaften behält.

Stichworte: Photovoltaik, Solarzelle, Passivierung, Antireflexbeschichtung, Siliziumcarbid