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Warum verbiegen sich beschichtete Solarzellen?

Die Simulation macht den Verbiegungseffekt von Solarzellen sichtbar.

Abb. 1: kugelförmige Verformung einer beschichteten Solarzelle bei kleinen Spannungen.

Damit Silizium-Solarzellen den Strom besser ableiten, beschichtet man sieauf der Rückseite mit Aluminium. Dazu verwendet man eine Aluminiumpaste,die bei etwa 800° Celsius eingebrannt wird. Doch dann beginnt sie sich zu verbiegen: Jedes Material dehnt sich bei Erwärmung aus und zieht sich bei Abkühlung wieder zusammen. Beim Abkühlen auf Raumtemperatur will sich der Aluminiumfilm jedoch stärker zusammenziehen als das Silizium. Das geht aber nicht, denn die beiden sind ja jetzt verbunden.

Am Ende bleibt derAluminiumfilm - gegen seinen "Willen" - gespannt, und das spürt auch das Silizium. Das wird auf der beschichteten Seite durch die Spannung im Aluminium zusammengedrückt. Diese entgegengesetzten Zug- und Druckkräfte, also Druck auf der beschichteten Seite und Zug auf der unbeschichteten Seite, bewirken eine Verbiegung der Zelle. Bei kleinen Spannungen biegt sich die Zelle gleichmäßig kugelförmig in alle Richtungen (siehe Abb. 1). Bei einem höheren Spannungszustand aber behindern sich die Verbiegungen gegenseitig und es kommt dann zum Umklappen in eine zylindrische Form (siehe Abb. 2). Die Simulation macht dieses physikalische Phänomen sichtbar. Durch diesen Verbiegungseffekt werden die Solarzellen zerbrechlicher und dies muss man bei ihrer weiteren Verarbeitung berücksichtigen.

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Abb. 2: zylinderförmige Verformung einer beschichteten Solarzelle bei höherer Spannung.

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