Physics of Solar Cells
Würfel
Die lange erwartete englische Version dieses Buches wird seinem Titel und dem Untertitel "from Principles to New Concepts" voll gerecht und bereitet dem aufgeschlossenen Leser großes Vergnügen. Es sollte als Pflichtlektüre für alle auf diesem Gebiet tätige Forscherinnen und Forscher gelten.
Der Autor spannt fachlich souverän und didaktisch sehr versiert den Bogen von den Grundlagen (Strahlungsquelle, Energiefluss und Entropieflussdichten, spektrale Verteilung, Konzentration, geometrische Bedingungen) über die Wandlungslimitierungen von thermisch genutzter Strahlung (Carnot-Maschine) bis zur Konversion der Strahlung in elektronischen Niveausystemen. Dies diskutiert Würfel am Beispiel von Halbleitern nach einer übersichtlichen Zusammenstellung ihrer optischen und elektronischen Eigenschaften.
Dem Autor gelingt es, zu vielen Aspekten des Themas den Bezug zu fundamentalen Zusammenhängen der Thermodynamik und statistischen Physik herzustellen, etwa bei der Propagation der Strahlung, ihrer Wechselwirkung mit Materie, der daraus resultierenden elektronischen Anregung und dem Transport des Anregungszustandes, die sich mit grundlegenden Beziehungen formulieren lassen (Kontinuitäts- und Transportgleichungen).
Wissenschaftlich und didaktisch überzeugend ist das verallgemeinerte Modell eines Zwei-Niveau-Wandlers (Solarzelle) mit einer Absorberschicht und einer jeweils für Elektronen und für Löcher wirkenden, entropiefrei zugänglichen Membran. Die Membran ermöglicht dabei als symmetriebrechendes Element die lokale Trennung der Ladungsträger und lässt sich auf alle Typen von elektronischen Niveau-Systemen anwenden. Geradezu erfrischend einfach stellt der Autor die vermeintliche Bedeutung des elektrischen Feldes im pn-Übergang klar, formuliert den Transport von Ladungsträgern allgemeingültig durch Gradienten ihres chemischen Potentials und entwirrt geschickt manche vielerorts vorherrschende Inkonsistenz bei der Beschreibung der Funktion beleuchteter Dioden. Der kurze Ausflug zur physikalischen Bedeutung der Superposition von treibenden Kräften für Diffusion und Drift gegenüber der sehr missverständlichen Superposition von Stromdichten sei hier beispielhaft genannt.
Die verallgemeinerte Darstellung der für Strahlungswandlung bedeutenden Mechanismen wird elegant auf die Beschreibung der Wirkungsweise von traditionellen kristallinen Silizium-Solarzellen, von Dünnschicht-Solarzellen, von farbstoff-sensibilisierten Zellen übertragen. Sie eignet sich zudem zur Erklärung von Konzepten und Strategien zur Erhöhung der Wandlungswirkungsgrade, die beispielsweise über Strahlungskonzentration, durch multispektrale Wandlung (Tandem-Zellen), mithilfe von Strukturen zum "light-trapping" oder durch die Nutzung "heißer" Elektronen vorstellbar sind.
Prof. Dr. Gottfried H. Bauer, Fakultät für Mathematik und Naturwissenschaften, Carl von Ossietzky
Universität Oldenburg
Weitere Infos:
P. Würfel: Physics of Solar Cells
Wiley-VCH, Berlin 2004. XII + 186 S., Geb.,
ISBN 3-527-40428-7
