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Grätzel-Zelle

Grätzel-Zelle

Die Grätzel-Zelle (auch Farbstoffsolarzelle) dient der Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Es handelt sich um eine Anwendung aus der Bionik, die ihrer Funktion nach auch elektrochemische Farbstoff-Solarzelle genannt wird. Diese Solarzelle ist nach Michael Grätzel (EPFL, Lausanne, Schweiz) benannt, der sie Anfang der 1990er Jahre entdeckte und 1992 patentieren ließ. Die elektrochemische Farbstoff-Solarzelle verwendet zur Absorption von Licht nicht ein Halbleitermaterial sondern organische Farbstoffe, zum Beispiel den Blattfarbstoff Chlorophyll.

Aufbau

Die Grätzel-Zelle besteht aus zwei planaren (Glas-) Elektroden mit einem Abstand von typischerweise 20 - 40 µm (1 µm = 1 Tausendstel Millimeter) zueinander. Die beiden Elektroden sind auf der Innenseite mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht (z.B. FTO - Fluorine doped TinnOxide; Fluor dotiertes Zinnoxid; F:SnO2) beschichtet, welche eine Dicke von typischerweise 0,5 µm aufweist. Die beiden Elektroden werden gemäß ihrer Funktion Arbeitselektrode (Generierung von Elektronen) und Gegenelektrode genannt. Auf der Arbeitselektrode ist eine im Bereich um 10 µm dicke, nanoporöse Schicht Titandioxid (TiO2) aufgebracht. Auf dessen Oberfläche wiederum ist eine Monolage eines lichtsensiblen Farbstoffes adsorbiert. Auf der Gegenelektrode befindet sich eine wenige µm dicke katalytische Schicht (zumeist Platin). Der Bereich zwischen den beiden Elektroden ist mit einem Redoxelektrolyt, z.B. eine Lösung aus Iod (I2) und Kaliumjodid, gefüllt.

Funktion

Beim Lichteinfall - günstigerweise durch die mit TiO2 beschichtete Elektrode - wird der Farbstoff chemisch angeregt und injiziiert Elektronen in das Halbleitermaterial TiO2. Von dort wandert es zur Arbeitselektrode (Kathode) und über einen äußeren Stromkreis zur Gegenelektrode (Anode). Der Farbstoff wird durch das Jodid wieder reduziert, das dadurch zu Jod oxidiert. Das entstandene Jod wiederum wird an der Anode mit dem Elektron wieder zu Jodid reduziert. Es bildet sich somit ein innerer Stromkreislauf über den Elektrolyten aus (Lochleiter) als auch ein äußerer Stromkreis über die fließenden Elektronen.
Dieser Vorgang stellt - vereinfacht gesagt - eine technische Photosynthese dar.

Bedeutung

Die Vorzüge der Grätzel-Zelle können in den prinzipiell niedrigen Herstellungskosten und in der geringen Umweltbelastung bei der Herstellung liegen. Die Zelle kann diffuses Licht im Vergleich mit den herkömmlichen Solarzellen gut nutzen. Im Labor konnten Zellen bis 11,2 % Wirkungsgrad (zertifiziert) auf einer Fläche von 1 cm² hergestellt werden. Die Funktionsweise der Zelle ist allerdings noch immer nicht im Detail geklärt. Auch über die Langzeitstabilität können noch keine gesicherten Aussagen gemacht werden (Mit anderen Worten: (Langzeit)Stabilität ist noch nicht nachgewiesen.), bei Untersuchungen aus dem Jahr 2003 allerdings ließ die Effizienz nach 1000 h bei 80 °C nur um ca. 6 % (relativ) nach. Die kommerzielle Anwendung gilt als recht sicher, ist aber produktionstechnisch noch nicht in Sicht. Aufgrund der Möglichkeit Farbstoffsolarzellen semi-transparent und farbig gestalten zu können, werden die ersten Anwendungen in der Integration in Gebäudefassaden und Oberlichtern erwartet.

Aufskalierung

Eine große Hürde für die Farbstoffsolarzellen-Technologie auf ihrem Weg vom Labormaßstab zu großflächigen Anwendungen ist die langzeitstabile Versieglung des Elektrolyten. Als Lösungsansätze existieren vor allem heißschmelzende Polymerkleber, Epoxykleber und Glaslote. Insbesondere Glaslote haben das Potential eine chemisch und thermisch langzeitstabile Versieglung zu gewährleisten. Bild:DSC_Modules.jpg Farbstoffsolarmodule der Größe 30 x 30 cm² in verschiedenen Designs und Farben. Die Verkapslung besteht aus chemisch und thermisch sehr stabilem Glaslot, um eine langzeitstabile Versieglung des Elektrolyten zu gewährleisten.

Weblinks


- http://www.sfv.de/briefe/brief95_3/sob95314.htm Funktionsweise
- http://www.science-forum.de/download/graetzelmittel.pdf
- http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/cnat/kunststoffe/solarzelle_l.htm Herstellung im Versuch
- http://www.fws-darmstadt.de/conpresso/_data/Waldorfschule_Da_Farbstoff-Solarzelle.pdf ausführliches Schülerprojekt zur Grätzelzelle
- http://www.farbstoffsolarzelle.de

Literatur


- M. Graetzel, P. Liska: Photoelectrochemical Cells and Process for Making Same. US Patent, 5,084, 365, (1992) Kategorie:Elektrische Bauelemente Kategorie:Solarenergie

Lichtenergie

Als Lichtenergie (engl. luminous energy) bezeichnet man in der Photometrie die gewichtete Strahlungsenergie. Die Lichtenergie wird in der Einheit Lumensekunde (lm s) bzw. Talbot oder Lumberg angegeben. Siehe auch: Licht, Leuchtkraft, Solarenergie, Photon Kategorie:Optik ja:光度エネルギー

Elektrische Energie

Elektrizität (von griechisch ήλεκτρο (ilektro) „Bernstein“) ist der Oberbegriff für alle Phänomene, die ihre Ursache entweder in ruhender elektrischer Ladung oder bewegter Ladung (Ströme) sowie deren elektrischen und magnetischen Feldern haben. Die Träger der elektrischen Ladung sind negativ geladene Elektronen und positiv geladene Protonen und Ionen. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen einander an. Wegen der Wechselwirkungskräfte kommt der Elektrizität auch eine Bedeutung als Energieträger zu. Elektrische Ladungen sind die Quellen des elektrischen Feldes, bewegte Ladungen die Ursache für magnetische Felder. Elektromagnetische Wellen (wie z.B. Licht) sind Erregungen des elektromagnetischen Feldes und können sich nach Entstehung unabhängig von Ladungsträgern im Raum (als Photonen) ausbreiten d.h. fortbewegen, sie wechselwirken aber auch mit Materie. Bewegung elektrischer Ladung findet in elektrischen Leitern durch Bewegung freier Elektronen und in Flüssigkeiten durch Ionenbewegung statt. Bei den Festkörpern unterscheidet man zwischen Leitern, Nichtleitern und Halbleitern.

Elektrische Phänomene in der Natur

Halbleiter Das wohl bekannteste und spektakulärste natürliche Auftreten von Elektrizität ist der Blitz. Mit einem Blitz entladen sich hohe, durch Reibung in den Gewitterwolken aufgebaute elektrostatische Ladungen. Im Verlauf einer solchen Entladung werden sowohl positive wie auch negative Ladungen bewegt. Aber Elektrizität tritt auch in weniger spektakulärer Form auf. So beruht z. B. die Informationsverarbeitung im Nervensystem von Lebewesen zum Teil auf elektrischen Signalen. Verschiedene Fische (z.B. der Zitterrochen und der Zitteraal) können hohe elektrische Spannungen aufbauen, um sich damit zu verteidigen. Umgekehrt gelingt es ihnen durch Wahrnehmung elektrischer Signale, die durch die Muskelbewegungen der Fische ausgelöst werden, ihre Beute zu orten.

Elektrizität im Alltag

Umgangssprachlich wird unter Elektrizität meist elektrische Energie verstanden. Zur Charakterisierung von elektrischer Energie wird im Sprachgebrauch meist nur von Strom oder Spannung gesprochen. Dies ist in vielen Fällen falsch, da Auswirkungen von Elektrizität nur bei gemeinsamer Betrachtung von Strom und Spannung zu erklären sind. So erzeugen beispielsweise piezoelektrischen Feuerzeugzünder sehr hohe Spannungen (~1 kV), sind jedoch wegen der geringen Stromstärke nahezu unschädlich. Analog dazu ist das Beispiel bei einer Autobatterie, die eine Spannung von 12 V liefert, aber dabei vergleichsweise hohe Ströme erzeugt. Im heutigen Alltag ist Elektrizität im Sinne von elektrischer Energie kaum mehr entbehrlich, was dem Menschen meist erst durch Ausfälle von Versorgungsnetzen wieder bewußt wird. Seit über einem Jahrhundert bestimmen Anwendungen von Elektrizität, wie Licht, Wärme und Kraft mehr und mehr das menschliche Leben. Eine ständig wachsende Bedeutung erlangt heute elektrische Energie in der Kommunikations- und Informationstechnologie. Elektrizität hat je nach Stärke unterschiedliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Entscheidend für die Auswirkung ist die Stärke der Durchströmung in der Maßeinheit A(Ampere). Geringe Durchströmungen werden beispielsweise zur Förderung von Heilungsprozessen in der Elektrotherapie eingesetzt oder als Impulsgeber für das Herz (Herzschrittmacher). Starke Durchströmungen ab ca. 50 mA können gefährlich und tödlich wirken. Die Elektroschockpistole beispielsweise gibt mehrfach starke elektrische Impulse an das Opfer ab und verursacht schmerzhafte nicht kontrollierbare Muskelkontraktionen. Bei empfindlichen Personen können Atemlähmungen und Herzstillstand auftreten. Derartige Durchströmungen werden auch eingesetzt, um Menschen gezielt zu töten, wie dies auch mit dem elektrischen Stuhl geschieht.

Behandlung in den Naturwissenschaften

Die verschiedenen Phänomene der Elektrizität sind Betrachtungsgegenstände in Teilen der Physik und der Chemie:
- Elektrostatik - ruhende elektrische Ladungen, Ladungsverteilungen und elektrische Felder geladener Körper
- Elektrodynamik - elektromagnetische Wellen, elektrische und magnetische Felder, Potenziale und Dynamik elektrisch geladener Teilchen und Objekte
- Quantenelektrodynamik - quantenfeldtheoretische Beschreibung des Elektromagnetismus
- Festkörperphysik - Verhalten elektrischer Ladungen in Leitern, Halbleitern und Nichtleiter, sowie Thermo-, Pyro- und Piezoelektrizität
- Elektrochemie - Zusammenhang zwischen elektrischen und chemischen Vorgängen

Behandlung in den Ingenieurwissenschaften

Die Elektrotechnik bezeichnet denjenigen Bereich der Ingenieurwissenschaft und Technik, der sich mit allen Aspekten der Elektrizität befasst. Hierzu gehören die elektrische Energieerzeugung, die Energieübertragung sowie alle Arten ihrer Nutzung. Dies reicht von den elektrisch betriebenen Maschinen über alle Arten elektrischer Schaltungen für die Steuer-, Mess-, Regelungs- und Computertechnik bis hin zur Nachrichtentechnik.

Elektrizität als Energieträger

Die elektrische Energie berechnet sich als das Produkt aus elektrischer Spannung, Stromstärke und Zeitdauer. : E=U\cdot I\cdot t

Gewinnung elektrischer Energie

Siehe dazu eigenständiger Artikel Stromerzeugung Bei der Gewinnung oder auch Erzeugung elektrischer Energie werden verschiedene der oben beschriebenen Phänomene genutzt. Der größte Anteil des weltweiten (elektrischen) Energiebedarfs wird durch Generatoren in Kraftwerken erzeugt. Dabei kommen unterschiedliche Primärenergieträger zum Einsatz. Die verwendeten Generatoren sind vom Grundprinzip her identisch. Sie nutzen elektrodynamische Effekte zur Ladungstrennung und damit zur Spannungserzeugung. Elektrische Energie aus chemischen Prozessen wird meist in tragbaren Energiequellen, wie Batterieen und Akkumulatoren gewonnen. Genau so wie bei der Brennstoffzelle. Den photoelektrische Effekt nutzt die vergleichsweise junge Technologie der Photovoltaik mit den Solarzellen.

Transport elektrischer Energie

Der Transport elektrischer Energie geschieht in den meisten Fällen durch die Bewegung von Elektronen in Festkörpern. Es werden dazu Leitungen aus Materialien mit einem geringen spezifischen Widerstand (meistens Metalle) verwendet. Kupfer und Silber gehören zu den besten Leitern, teilweise wird auch Aluminium wegen des geringeren Gewichtes verwendet . Durch den elektrischen Widerstand der Leitungen entstehen Leitungsverluste (Energieverluste) die um so höher sind, je höher die Stromstärke und je länger und dünner die Transportleitung ist. Bei höheren Spannungen kann die gleiche Energiemenge bei geringeren Stromstärken übertragen werden. Die unvermeidbaren Verluste beim Transport können daher durch Verwendung von hohen Spannungen reduziert werden. Elektrische Hochspannungsleitungen werden z. B. mit Wechselspannungen im Bereich von 10kV bis 380kV betrieben. Zur Veränderung von Wechselspannungen werden Transformatoren eingesetzt. Da die Energie welche häufig in Kraftwerken erzeugt wird, teilweise recht weit von den Verbrauchern entfernt ist, hat der Energietransport einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Zur Zeit versucht man in ersten Pilotprojekten Supraleiter für den Transport elektrischer Energie zu verwenden, da in diesen die Elektronen nahezu widerstandsfrei transportiert werden.

Historische Daten


- Schon in der Antike war den alten Griechen bereits die elektrostatische Aufladung des Bernsteins bekannt, der von ihnen als elektron bezeichnet wurde. Diese Erkenntnis wird Thales von Milet zugeschrieben.
- 1. Jahrhundert v. Chr. Ein parthisches Tongefäß aus der Nähe von Bagdad, das 1936 von Dr. Wilhelm König gefunden wurde, enthält einen Eisenstab und einen Kupferzylinder, der mit Asphalt abgedichtet war. Versuche des Römer- und Pelizaeus-Museums in Hildesheim zeigten, dass mit dieser Anordnung und Traubensaft als Elektrolyt eine Spannung von 0,5 V erreicht werden konnte. Sie könnte zum galvanischen Vergolden verwendet worden sein.
- 1601 William Gilbert untersucht die elektrische Aufladung an vielen Substanzen und führt die Bezeichnung "Electrica" ein.
- 1672 Gottfried Wilhelm von Leibniz entdeckt elektrische Funken durch Reiben (Aufladen) einer kindskopfgroßen Schwefelkugel.
- 1720 Pieter van Musschenbroek, niederländischer Physiker,
- 1692 in Leiden, erfindet die Leidener Flasche, den ersten Kondensator.
- 1752 Benjamin Franklin, amerikanischer Politiker, erfindet den Blitzableiter, interpretiert das Phänomen Pluspol und Minuspol.
- 1770 Luigi Galvani, italienischer Mediziner, beobachtet "tierische" Elektrizität an Froschschenkeln (elektrochemische Energie).
- 1776 Alessandro Volta, italienischer Physiker, erfindet das Elektrophor und die Batterie.
- André Marie Ampère (1775 - 1836), französischer Physiker, erfindet das Amperemeter, den elektrischen Telegraphen und den Elektromagneten. Er ist Begründer der Theorie vom Elektromagnetismus.
- Georg Simon Ohm (1789 -1854), deutscher Physiker, formuliert den grundlegenden Zusammenhang zwischen elektrischer Stromstärke und Spannung (siehe Ohmsches Gesetz).
- Hans Christian Ørsted (1777-1851) erkannte den Zusammenhang von Elektrizität und Magnetismus
- Michael Faraday (1791 - 1867), britischer Physiker, Begründer der Elektrodynamik (Induktionsgesetze), formulierte u.a. auch die Gesetze der Elektrolyse.
- James Prescott Joule (1818 - 1889), britischer Physiker, beobachtet und formuliert die Gesetzmäßigkeiten der Wärmeerzeugung durch stromdurchflossene Leiter.
- 1810-1812
- Humphry Davy (Chemiker
- 1775-†1829), erzeugte zwischen zwei Kohlestiften, die mit einer Batterie als Stromversorger verbunden waren, einen Lichtbogen und schaffte damit die Grundlagen für die elektrischen Kohlebogenlampe.
- James Clerk Maxwell, schottischer Physiker (1831 - 1879), konzipiert die bis heute grundlegende Theorie der Elektrizität und des Magnetismus ruhender und bewegter Ladungen und Felder. Er stellte die Maxwell-Gleichungen zur Beschreibung elektromagnetischer Phänomene auf, die in leicht abgeänderter Form bis heute gültig sind. Aus Ihnen folgerte er die Existenz der elektromagnetischen Wellen. Er identifiziert das Licht als eine Erscheinungsform derartiger Wellen.
- 1833 Carl Friedrich Gauß und Wilhelm Eduard Weber senden in Göttungen das erste Telegramm über eine 8000 Fuß lange Telegraphenleitung. "Michelmann kommt" soll der Text gewesen sein;
- 1844 nimmt Samuel F.B. Morse die erste Telegraphenlinie Amerikas in Betrieb.
- 1844 installiert Louis Joseph Deleuil erstmals die Beleuchtung eines öffentlichen Platzes, des Place de la Concorde in Paris, mit Bogenlicht
- 1866 Werner von Siemens entwickelt den Dynamo.
- 1877 erfindet Thomas Alva Edison den Phonographen, er verbessert unter anderem auch das Telefon und macht die elektrische Glühlampe anwendungstauglich, was zu einer Revolution der Strassenbeleuchtung und damit zur erstmaligen Erstellung grösserer Stromnetze führt (zeitgleich in Europa: Zénobe Gramme und Werner von Siemens).
- 1884 erste experimentelle Erzeugung elektromagnetischer Wellen durch Heinrich Hertz.
- 1886 Nikola Tesla begründet durch seinen Sponsor Westinghouse die heute gebräuchliche elektrische Energieübertragung mittels Wechselstrom.
- 1888 Heinrich Hertz (1857 - 1894) erzeugt elektromagnetische Wellen und weist diese in Experimenten nach.
- 1895 Guglielmo Marconi (1874-1937) führt in Bologna Funkversuche durch. Er baut hierbei auf den Entdeckungen von Hertz, Popow und Branly auf.
- 1896 Alexander Stepanowitsch Popow (1859-1905) gelingt auf funktechnischem Wege die Übertragung der Worte "Heinrich Hertz" während einer Demonstration vor der Russischen Physikalischen Gesellschaft.
- 1897 Ferdinand Braun (1850-1918) erfindet die später nach ihm benannte Braunsche Röhre (Kathodenstrahlröhre)
- 1948 Walter H. Brattain und John Bardeen und William Shockley entwickeln den Transistor

Weblinks


- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohm.htm Berechnung von Leistung Spannung Stromstärke Widerstand]
- [http://www.sengpielaudio.com/Rechner-ohmschesgesetz.htm Elektrische Berechnungen - Das ohmsche Gesetz und das magische Dreieck]
- [http://www.cia.gov/cia/publications/factbook/fields/2038.html Stromerzeugung in einzelnen Ländern und weltweit]

Siehe auch


- Strom

Physikalische Einheiten


- ;Ladung [Q] in C (Coulomb)
:C = A \cdot s :Die kleinste elektrische Ladung ist die Elementarladung e (Naturkonstante), die Ladung eines Elektrons. Sie beträgt ca. 1,602 · 10 -19 C. Die nicht frei beobachtbaren Quarks haben noch kleinere, drittelzahlige Ladungen von \frace, \frace.
- ;Stromstärke [I] in A (Ampere)
:Ein Ampere ist die Stärke eines konstanten Stromes, der durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt fließend, zwischen diesen Leitern pro Meter Leiterlänge die Kraft von 2 · 10 −7 Newton hervorruft.
:
- ;Spannung [U] in V (Volt)
:U = R \cdot I = \frac = \frac
- ;Widerstand [R] in Ω (Ohm)
:
- ;Wirkleistung [P] in W (Watt) (umgangssprachlich Leistung genannt; entspricht Arbeit pro Zeit)
: :Im Gleichstromkreis: :P = U \cdot I : :
: :Im Wechselstromkreis: :P = U \cdot I \cdot \cos \varphi :
- ;Wirkarbeit [W] in kWh (Kilowattstunde), Wh (Wattstunde), Ws oder Joule
:W = P \cdot \Delta t :
- ;Blindleistung [Q] in VAr (von Volt-Ampère-réactif)
:Q = U \cdot I \cdot \sin \varphi :
- ;Scheinleistung [S] in VA (Voltampere)
:P = U \cdot I :
- ;Blindarbeit [W_q] in VAs; VArh oder kVArh
:
- ;Scheinarbeit [W_s] in VAs; VAh oder kVAh
: Siehe auch: Internationales Einheitensystem Kategorie:Bernstein Kategorie:Elektrotechnik ja:電気 ko:전기 simple:Electricity

Bionik

Der englische Begriff bionics wurde vom amerikanischen Luftwaffenmajor Jack E. Steele 1960 auf einer Konferenz in Dayton/Ohio geprägt. Als Begründer gilt Raoul Heinrich Francé. Der deutsche Ausdruck Bionik setzt sich aus "Biologie" und "Technik" zusammen und bringt damit zum Ausdruck, wie für technische Anwendungen Prinzipien verwendet werden können, die aus der Biologie abgeleitet wurden. Allgemein beschäftigt sich die Bionik mit der Entschlüsselung von "Erfindungen der belebten Natur" und ihre innovative Umsetzung in der Technik. Die Bionik ist demzufolge ein sehr interdisziplinärer Bereich, in dem z. B. Biologen, Ingenieure, Techniker und Designer zusammen arbeiten. Im englischen Sprachraum beschränkt sich die Bedeutung von "bionics" zumeist auf die Konstruktion von künstlichen Körperteilen oder allgemeiner einer Kombination von Biologie und Elektronik. Das, was im deutschsprachigen Raum unter dem Begriff Bionik verstanden wird, ist im Englischen häufig mit dem Begriff biomimetics (en. biomimetics, v. griech.: bios = Leben + mimesis = Nachahmung) oder biomimicry umschrieben. Da viele Autoren sich der sprachlichen Problematik bewusst sind, werden mittlerweile die beiden Begriffe Bionik und Biomimetik oft als Synonyme verwendet. In der Bionik werden biologische Strukturen und Organisation entweder direkt als Vorlage verwendet (Analogie-Bionik) oder abstrahiert (losgelöst vom biologischen Vorbild, Abstraktions-Bionik) und als Ideenvorlage oder Inspiration für technische Problemlösungen zu Nutze gemacht. Die abstrahierten Form-, Struktur- oder Formprinzipien natürlicher Systeme können dann in technische Anwendungen übertragen werden. Nachdem diese neuen Prinzipien in der Technik etabliert sind, können die Anwendungen in jedem geeigneten Bereich statt finden. Diese Herangehensweisen werden u. a. dadurch begründet, dass im Laufe der Evolution viele biologische Lösungen optimiert wurden. Für Kreationisten sind die oft verblüffenden Erkenntnisse der Bionik dagegen weitere Beweise für das Intelligent Design durch einen Schöpfer in der Natur. Obwohl es einige historische Beispiele für bionisches Arbeiten gibt, z. B. die Analyse und versuchte Übertragung des Vogelflugs auf Flugmaschinen durch Leonardo da Vinci, hat sich die Bionik erst in den letzten Jahrzehnten v. a. aufgrund neuer und verbesserter Methoden (Rechnerleistung, Produktionsprozesse) zu einer etablierten Wissenschaft entwickelt. Zu beachten ist, dass bei der Entwicklung technischer Funktionselemente parallele Entwicklungen in der Natur nicht immer bereits bekannt waren. So wurde der Fachwerkbau ohne Kenntnis der Feinstruktur der Knochenbälkchen entwickelt. In solchen Fällen kann man nicht von einer Vorbild-Nachahmer-Beziehung sprechen, sondern eher von Entsprechungen zwischen Natur und Technik. Biomimetik bzw. Bionik als Wissenschaft sucht dagegen gezielt nach Strukturen in der Natur, die technisch als Vorbilder von Bedeutung sein können. Diese Vorgehensweise kann häufig als reine Analogien-Suche bezeichnet werden. Sie erlaubt allerdings meist nur kleinere Innovationssprünge, da die technische Anwendung bereits erkennbar sein muss. Alternativ können durch biologische Grundlagenforschung bestimmte Struktur- oder Organisationsprinzipien beschrieben werden, die erst danach als geeignet für eine Übertragung in die Technik erkannt werden. So führten z. B. die Erkenntnisse über die Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung bestimmter pflanzlicher Oberflächen erst später zur Entwicklung so unterschiedlicher industrieller Produkte wie Fassadenfarbe, Dachziegel und Markisen mit dem so genannten Lotus-Effekt.

Vorgehensweisen

Analogie-Bionik

# Problem definieren # in der Natur Analogien suchen # Vorbilder aus der Natur analysieren # mit Erkenntnissen aus der Natur Ideen für das zu lösende Problem suchen

Beispiel


- Winglets und Spiroid an Flugzeugflügeln. Hoher Treibstoffverbrauch durch große Wirbel an den Flügelspitzen von Flugzeugen. Untersuchung von Flügeln segelnder/gleitender Vögel als Flugzeug-Analogie. Beschreibung der Handschwingen von bestimmten Vogelarten (z. B. Bussard, Kondor und Adler), die statt eines großen Wirbels mehrere kleinere verursachen und damit insgesamt weniger Energie verbrauchen. Herstellung künstlicher Flügel mit mehreren Wirbelablösestrukturen (Winglets).
- Riblet-Folien: bei schnell schwimmenden Haien besteht die Hautoberfläche aus kleinen, dicht aneinander liegenden Schuppen. Auf diesen Schuppen befinden sich scharfkantige feine Rillen, die parallel zur Strömung ausgerichtet sind. Diese mikroskopisch kleinen Rillen bewirken eine Verminderung des Reibungswiderstands. Dieser widerstandsvermindernde Effekt in allen turbulenten Strömungen, also auch in Luft wirksam. Flugzeuge können mit einer speziellen Folie beklebt werden (so genannte Riblet-Folien), die auf ihrer Oberseite über eine sehr ähnliche Struktur verfügt und so den Luftwiderstand des Flugzeugs senkt.
- Der (besonders bei Kindern) sehr beliebte Klettverschluss kommt ursprünglich von den Kletten (George de Mestral, 1956).
- Otto Lilienthal und die Gebrüder Wright beobachteten den Flug großer Vögel, bevor sie ihre Prototypen bauten.
- Fallschirm - Frucht des Wiesenbocksbart

Abstraktions-Bionik

# biologische Grundlagenforschung: Biomechanik und Funktionsmorpholgie von biologischen Systemen # erkennen und beschreiben eines zu Grunde liegenden Prinzips # Abstraktion dieses Prinzips (Loslösung vom biologischen Vorbild und Übersetzung in nicht-fachspezifische Sprache) # mögliche technische Anwendungen suchen # in Kooperation mit Ingenieuren, Technikern, Designern, etc. eine technische Anwendung entwickeln

Beispiele


- Unbenetzbarkeit und Selbstreinigung bestimmter biologischer Oberflächen: Die Beobachtung und nähere Untersuchung der Tatsache, dass von einem Blatt der Lotuspflanze praktisch alle wasserlöslichen Substanzen abperlen (Lotuseffekt), führte zu Patenten für extrem schlecht benetzbare und selbstreinigende Oberflächenstrukturen (bzw. eine neue künstliche Oberfläche: z. B. als Fassadenfarbe). Siehe auch: Wachse auf Pflanzenblättern, z. B. von der Lotusblume, Kohlrabi, u. v. m.
- Strukturoptimierungen von Bauteilen (CAO und SKO) - Wuchsformen von Bäumen.

Unabhängige Parallelentwicklungen in der Technik und in der Natur


- Saugnäpfe kommen auch beim Kraken und Käfern vor.
- Sonar bzw. Echolot wurde schon lange bevor der Mensch es kannte von Delphinen und Fledermäusen benutzt.
- Landeklappen der Flugzeuge - Daumenfittich des Vogelflügels
- Propeller - Flügelfrucht des Ahorns

Literatur


- Kurt G. Blüchel: Bionik - Wie wir die geheimen Baupläne der Natur nutzen können. Bertelsmann, [Gütersloh] 2005, ISBN 3570008509
- Werner Nachtigall, Kurt Blüchel: Das große Buch der Bionik. 2003, ISBN 3421058016
- Werner Nachtigall: Natur macht erfinderisch. 2001, ISBN 3473358908
- Helga Kleisny: Warum Fliegen sich im Kino langweilen. ISBN 3831101558
- Werner Nachtigall: Bionik, Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und Naturwissenschafter. Springer Verlag, ISBN 3-540-43660-x

Siehe auch


- Biosystemtechnik
- Portal:Biologie
- Mimese
- Mimikry
- Kreativitätstechnik-Methoden

Weblinks


- [http://www.bmbf.de/de/1010.php BMBF]
- [http://www.biokon.net/ Bionik-Kompetenz-Netz (BIOKON)]
- [http://www.kompetenznetz-biomimetik.de/ Kompetenznetz Biomimetik]
- [http://www.tu-ilmenau.de/bionik Bionik an der TU Ilmenau]
- [http://www.uni-saarland.de/bionik Bionik an der Universität des Saarlandes]
- [http://www.tu-darmstadt.de/bitz/ Biotechnik Zentrum der TU Darmstadt]
- [http://www.wissenschaft24.info/bionik.php4 Aktueller und allgemeinverständlicher Newsletter zu Bionik]
- [http://www.ict.tuwien.ac.at/staff/palensky/lehre/VTSys-SS05-Bionik.pdf Skript Bionik der TU Wien]
- [http://www.hs-bremen.de/bionik/pages/VE_marine_bionik_next.html Plattform Marine Bionik an der Hochschule Bremen]

Studiengänge


- [http://www.tu-ilmenau.de/site/biomechatronik/index.php?id=542 Biomechatronik an der TU Ilmenau]
- [http://www.bionik.tu-berlin.de/ Bionik & Evolutionstechnik an der Technischen Universität Berlin]
- [http://www.hs-bremen.de/bionik/index.htm Internationaler Studiengang Bionik an der Hochschule Bremen] Kategorie:Technik !

Solarzelle

Solarzellen sind eine Anwendung der Photovoltaik. Sie wandeln Lichtenergie (in der Regel Sonnenlicht) in Gleichstrom unter Ausnutzung des photoelektrischen Effekts um. Sie funktionieren im Prinzip wie Photodioden und benötigen einen p-n-Übergang für die Ladungstrennung. Wenn Photonen auf die Solarzelle treffen, so geben sie ihre Energie an die Elektronen im Material ab. Dabei werden die Elektronen nicht wie bei der Photodiode aus dem Material herausgeschlagen, sondern auf ein höheres Energieniveau angehoben. Nach dem Bändermodell werden die Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband angehoben, in dem sie sich "frei" durch das Material bewegen können. Im Valenzband verbleibt eine positiv geladene Fehlstelle, ein Loch. Beim unbeleuchteten und unbelasteten p-n-Übergang diffundieren die negativ geladenen Elektronen und die positiv geladenen Löcher jeweils in die Richtung geringerer Konzentration, so dass ein elektrischer Diffusionsstrom fließt. Der Hauptteil dieser "freien" Ladungsträger stammt hierbei von den Fremdatomen der Dotierung. So lassen die Elektronen die positiv geladenen Atomrümpfe des Donators zurück, die Löcher dementsprechend die negativ geladenen Rümpfe. Das hierbei entstehende elektrische Feld der Atomrümpfe wirkt entgegengesetzt zum Diffusionsstrom der freien Ladungsträger solange bis ein Gleichgewicht entsteht. Wird die Zelle beleuchtet, entstehen pro Photon jeweils ein Elektron im Leitungsband und ein Loch im Valenzband, also ein "frei bewegliches" zusätzliches Ladungsträgerpaar. Dieses Paar kann ggf. (siehe Raumladungszone) im elektrischen Feld der Atomrümpfe getrennt werden. Hierbei werden bspw. die Elektronen von den positiven Atomrümpfen angezogen, "wandern" also Richtung n-Gebiet, d.h., es entsteht ein Strom in die Sperrrichtung der Diode. Soweit die Ladungsträger nicht wieder rekombinieren (ihre Energien wieder abgeben), kann dieser nun entstandene Strom (der Photostrom) von einem Verbraucher "abgegriffen werden". Die elektrische Spannung bei maximaler Leistung liegt bei den gebräuchlichsten Zellen (kristalline Siliziumzellen) bei etwa 0,5 Volt. Um besser verwendbare Spannungen zu erreichen, werden in einem Solarmodul (auch Photovoltaikmodul) mehrere Solarzellen miteinander verschaltet. Die Zellen werden meist aus so genannten Wafern hergestellt, wie sie in der Computerindustrie üblich sind. Wafer right

Herstellung einer Siliziumsolarzelle

Herstellung der Siliziumkristallsäulen

Solarzellen können nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden. Das Grundmaterial Silizium ist das zweithäufigste chemische Element, das in der Erdkruste vorkommt. Es liegt in Form von Silikaten oder als Quarz vor. Aus Quarzsand kann in einem Hochofenprozess Rohsilizium mit Verunreinigungen von circa 1 % hergestellt werden. Dieser Prozess ist sehr energieaufwändig. Dennoch können die heute verwendeten Solarzellen die für ihre Produktion erforderliche Energiemenge innerhalb von 1,5 bis 7 Jahren (je nach Bauart) wieder erzeugen, haben also eine positive Energiebilanz. Aus dem Rohsilizium wird dann über einen mehrstufigen Prozess polykristallines Reinstsilizium hergestellt. Die bis heute (2003) hier angewendeten Verfahren sind für die Elektronikindustrie optimiert und bieten für die geforderte Reinheit von Solarsilizium, die wesentlich niedriger liegt als bei Elektronikanwendungen benötigt, noch deutliches Kostenreduktionspotential. Hier wird zur Zeit intensiv geforscht. Das nun vorhandene Reinstsilizium kann auf sehr unterschiedliche Arten weiterverarbeitet werden. Für polykristalline Zellen kommen größtenteils das Gießverfahren, das Bridgman-Verfahren und das Bandzieh-Verfahren (EFG-Verfahren) zum Einsatz. Monokristalline Zellen werden fast immer nach dem Czochralski-Verfahren hergestellt. Bei allen Verfahren gilt, dass die Dotierung mit Bor (siehe unten) schon beim Herstellen der Blöcke beziehungsweise Säulen vorgenommen wird.

Gießverfahren

Das Gießverfahren dient zur Herstellung von polykristallinem Silizium. Das Reinstsilizium wird in einem Tiegel mit Hilfe einer Induktionsheizung aufgeschmolzen und dann langsam in eine quadratische Wanne gegossen, in der es nun langsam erstarrt. Die Kantenlänge der Wanne beträgt etwa 50 cm, die Höhe der erstarrten Schmelze etwa 30 cm. Der große Block wird in mehrere Säulen von etwa 30 cm Länge zerteilt; dabei kann mit einer Ausbeute von etwa 70 % gerechnet werden.

Bridgman-Verfahren

Das Bridgman-Verfahren dient ebenfalls zur Herstellung von polykristallinem Silizium. Das Reinstsilizium wird hier ebenfalls in einem Tiegel mit Hilfe einer Induktionsheizung aufgeschmolzen. Die langsame Abkühlung der Schmelze, bei der sich große Zonen gleichgerichteter Kristallgitter ausbilden, findet hier im gleichen Tiegel statt. Die geheizte Zone wird langsam von unten nach oben im Tiegel angehoben, so dass sich oben bis zum Schluss flüssiges Silizium befindet, während vom Tiegelboden her das Erstarren erfolgt. Hier sind die Kantenlängen etwas größer als beim Gießverfahren (etwa 60 bis 70 cm), die Höhe des Blocks beträgt etwa 20 bis 25 cm. Der große Block wird ebenfalls in mehrere Säulen von etwa 20 bis 25 cm Länge zerteilt; die Ausbeute beträgt hier etwa 60 %.

EFG-Verfahren

Bei EFG-Verfahren (Edge-defined Film-fed Growth) lässt man aus Reinstsilizium achteckige Röhren von etwa 5,6 m Länge nach unten wachsen. Die Kantenlänge der einzelnen Seiten beträgt 10 cm, die Wandstärke 280 µm. Nach Fertigstellung der Röhre wird diese entlang der Kanten mit NdYAG-Lasern geschnitten und in einem bestimmten Raster dann über die Breite der jeweiligen Seite. Daraus ergibt sich die Möglichkeit der Herstellung von Zellen mit unterschiedlichen Kantenlängen (zum Beispiel 10 x 15 cm oder 10 x 10 cm). Es wird eine Ausbeute von etwa 80 % des Ausgangsmaterials erzielt. Bei den so erzeugten Zellen handelt es sich ebenfalls um polykristallines Material, welche sich vom Aussehen her deutlich von den gesägten Zellen unterscheidet. Unter anderem ist die Oberfläche der Zellen welliger. Dieses Verfahren wird auch Bandzieh-Verfahren genannt.

Czochralski-Verfahren

Das Czochralski-Verfahren wird für die Herstellung von langen monokristallinen Säulen genutzt. Vor der Herstellung der Zellen wird die entstandene zylindrische Säule noch quadratisch zurechtgeschnitten.

Zonenschmelzverfahren

Das Zonenschmelzverfahren dient auch der Herstellung monokristalliner Siliziumsäulen. Die bei diesem Verfahren erzielte Reinheit ist im Normalfall höher als für die Solartechnik benötigt und auch mit sehr hohen Kosten verbunden. Deshalb wird diese Technik für die Solartechnik eher selten benutzt.

Waferherstellung

Die jeweiligen Säulen werden nun mit einem Drahtsägeverfahren in Scheiben, die sogenannten Wafer, gesägt. Dabei entsteht aus einem großen Teil des Siliziums Sägestaub, der gereinigt und wieder eingeschmolzen werden kann. Die Dicke der entstehenden Scheiben liegt bei circa 0,25 bis 0,3 mm. Eine weitere Quelle für Wafer war früher der Ausschuss an Rohlingen für die Herstellung von integrierten Schaltkreisen der Computerindustrie. Sind die Rohlinge dort zur Weiterverarbeitung nicht geeignet, können sie teilweise noch als Solarzelle verwendet werden. Mit den heutigen (2005) Herstellungsverfahren und dem enorm gestiegenen Bedarf der Solarindustrie hat die Verwendung von Ausschuss heute keine Bedeutung mehr. Die monokristallinen Zellen zeichnen sich durch eine homogene Oberfläche aus, während bei den polykristallinen Zellen gut die einzelnen Zonen mit verschiedener Kristallorientierung unterschieden werden können. Sie bilden ein eisblumenartiges Muster auf der Oberfläche. Zu diesem Zeitpunkt sind Vorder- und Rückseite der Zelle noch nicht festgelegt. Weiterhin gibt es noch ein Verfahren der US-amerikanischen Firma Evergreen Solar, bei dem die Wafer zwischen zwei Fäden direkt aus der Silizium-Schmelze gezogen werden. Hierbei entsteht weniger Abfall (wie Späne etc., die normalerweise direkt entsorgt werden) als bei den herkömmlichen Verfahren.

Waferprozessierung

Die gesägten Wafer durchlaufen nun noch mehrere chemische Bäder, um Sägeschäden zu beheben und eine Oberfläche auszubilden, die geeignet ist, Licht einzufangen. Hier gibt es verschiedene, herstellerspezifische Konzepte. Im Normalfall sind die Wafer schon mit einer Grunddotierung mit Bor versehen. Diese bewirkt, dass es überschüssige freie Löcher (positive Ladungen) gibt, das heißt, es können Elektronen eingefangen werden. Dies wird auch p-Dotierung genannt. Auf dem Weg zur fertigen Solarzelle mit p-n-Übergang muss nun die Oberfläche noch eine n-Dotierung bekommen, was durch Prozessierung der Zelle in einem Ofen in einer Phosphor-Atmosphäre geschieht. Die Phosphoratome schaffen eine Zone mit Elektronenüberschuss auf der Zelloberfläche, die etwa 1 µm tief ist. Als nächster Schritt werden die Zellen mit einer Antireflexionsschicht aus SiNx oder TiO2 versehen. Danach erfolgt die Bedruckung der Zelle mit den notwendigen Lötzonen und der Struktur, welche für den besseren Abgriff des generierten elektrischen Stroms sorgt. Die Vorderseite erhält meist zwei breitere Streifen, auf denen später die Bändchen zum Verbinden mehrerer Zellen befestigt werden. Außerdem wird ein sehr dünnes, elektrisch gut leitendes Raster aufgebracht, was einerseits den Lichteinfall so wenig wie möglich behindern soll, andererseits die Ladungsträger so schnell wie möglich einsammeln soll, damit der ohmsche Widerstand so gering wie möglich ist. Die Rückseite wird meist vollflächig mit einem gut leitenden Material beschichtet. Nach der Prozessierung werden die Zellen nach optischen und elektrischen Merkmalen klassifiziert, sortiert und für die Modulproduktion ausgeliefert.

Andere Solarzellentypen

Dünnschichtzellen

Die Dünnschichtzellen werden im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Zellen meist durch Abscheiden aus der Gasphase direkt auf einem Trägermaterial aufgebracht. Dies kann Glas, Metallblech, Kunststoff oder auch ein anderes Material sein. Der Materialeinsatz ist sehr gering, während die Kombinationen der Halbleiter so gewählt sind, dass trotzdem ein recht hoher Wirkungsgrad entsteht (derzeit im November 2005 max. 5%). Noch sind aber die Wirkungsgrade für großtechnische Anwendung niedriger als bei der konventionellen Technik, und die Haltbarkeit der Zellen im Dauereinsatz muss erst noch bewiesen werden. Durch technologische Fortschritte, den geringen Materialeinsatz und das große Feld der möglichen Trägermaterialien hofft man, in Zukunft eine kostengünstige Herstellung zu ermöglichen, so dass diese Technik auf lange Sicht die sehr kostenintensive Dickschichttechnik ersetzen kann. Mögliche Materialien sind zum Beispiel amorphes Silizium (a-Si), Gallium-Arsenid (GaAs), Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel-Selen-Verbindungen (CIS, oder CIGS, wobei hier S für Schwefel oder Selen stehen kann, je nach Zelltyp). Ein neues, sehr viel versprechendes Verfahren ist CSG "Crystalline Silicon on Glass", es vereint die Vorteile von kristallinem Silizium als Zellenmaterial mit den geringen Kosten der Dünnfilmtechnik. Dabei wird eine weniger als zwei Micrometer dünne Siliziumschicht direkt auf einen Glasträger aufgebracht, die kristalline Struktur wird nach einer Wärmebehandlung erreicht. Die Realisierung der Stromführung erfolgt mittels Laser- und Tintenstrahldrucktechnik. Derzeit (2005) ist in Deutschland eine Fabrikationsanlage im Bau. Die Auslieferung der ersten Module wird für 2006 erwartet. (Quelle: [http://www.csgsolar.com.au/ CSG Solar])

Elektrochemische Farbstoff-Solarzelle

Dieser Zelltyp ist auch bekannt als Grätzel-Zelle. Bei diesem Zelltyp wird der Strom anders als bei den bisher aufgeführten Zellen über die Lichtabsorption eines Farbstoffes gewonnen; als Halbleiter kommt Titandioxid zum Einsatz. Als Farbstoffe werden hauptsächlich Komplexe des seltenen Metalls Ruthenium verwendet, zu Demonstrationszwecken können aber selbst organische Farbstoffe, zum Beispiel der Blattfarbstoff Chlorophyll oder Anthocyane (aus Brombeeren) als Lichtakzeptor verwendet. (Diese besitzen aber nur eine geringe Lebensdauer.) Die Funktionsweise der Zelle ist noch nicht im Detail geklärt; die kommerzielle Anwendung gilt als recht sicher, ist aber produktionstechnisch noch nicht in Sicht.

Fluoreszenz-Zelle

Hierbei handelt es sich eigentlich um einen Kollektor für Solarstrahlung, eine Beschreibung findet sich beim Thema Solarmodul.

Geschichte

Hauptartikel: Geschichte der Fotovoltaik Schon 1836 erkannte Alexandre Edmond Becquerel, dass eine Batterie, die von der Sonne beschienen wird, eine größere Leistung hervorbrachte als eine ohne Sonnenbestrahlung. Er nutzte den Potentialunterschied (Säurebad mit belichtetem und unbelichtetem Teil) zwischen einer verdunkelten und einer belichteten Seite einer chemischen Lösung, in die er zwei Platinelektroden eintauchte. Als er nun diese Konstruktion in die Sonne stellte, beobachtete er, dass ein Strom zwischen den zwei Elektroden entstand. So entdeckte er den photovoltaischen Effekt, konnte ihn allerdings noch nicht erklären. 1904 entdeckte der deutsche Physiker Philipp Lenard, dass Lichtstrahlen beim Auftreffen auf bestimmte Metalle Elektronen aus deren Oberfläche herauslösen, und lieferte damit die ersten Erklärungen für den Photoeffekt. Doch er wusste noch nicht genau, warum dies passiert, und bei welchen Metallen es geschieht. Dennoch erhielt er für seine Entdeckung 1905 den Physiknobelpreis. Den endgültigen Durchbruch schaffte 1905 Albert Einstein, als er mit Hilfe der Quantentheorie die gleichzeitige Existenz des Lichts sowohl als Welle als auch als Teilchen erklären konnte. Bis dahin glaubte man, dass Licht nur als eine Energie mit unterschiedlicher Wellenlänge auftritt. Doch Einstein stellte in seinen Versuchen, die Photovoltaik zu erklären, fest, dass sich Licht in manchen Situationen genauso wie ein Teilchen verhält, und dass die Energie jedes Lichtteilchen oder Photons nur von der Wellenlänge des Lichts abhängt. Er beschrieb das Licht als eine Ansammlung von Geschossen, die auf das Metall treffen. Wenn diese Geschosse genügend Energie besitzen, wird ein freies Elektron, das sich im Metall befindet und von einem Photon getroffen wird, vom Metall gelöst. Außerdem entdeckte er, dass die maximale Energie, die abgegeben wird, von der Intensität des Lichtes unabhängig ist, und nur von der Energie abhängt, die ein auftreffendes Photon abgibt. Diese Energie hängt wiederum nur von der Wellenlänge und der Frequenz des Lichtes ab. Für seine Arbeit zur Photovoltaik erhielt er 1921 den Nobelpreis für Physik. Die Entdeckung des p-n-Übergangs im Jahre 1949 durch William B. Shockley, Walther H. Brattain und John Bardeen war ein weiterer großer Schritt zur Solarzelle in ihrer heutigen Form. Nach diesen Entdeckungen stand dem Bau einer Solarzelle in ihrer heutigen Form nichts mehr entgegen. Es ist jedoch einem glücklichen Zufall zu verdanken, dass diese erste Solarzelle 1954 in den Laboratorien der amerikanischen Firma Bell gebaut wurde. Die Mitarbeiter der Firma beobachteten, als sie einen Gleichrichter, der mit Hilfe von Silizium arbeitete, untersuchten, dass dieser mehr Strom lieferte, wenn er in der Sonne stand, als wenn er zugedeckt war. Die Firma Bell entwickelte so die ersten Solarzellen. Diese hatten allerdings nur einen Wirkungsgrad von 4 bis 6 Prozent. 1958 wurden die Solarzellen auf Satelliten getestet. Die dort erzielten Ergebnisse waren grandios. Es wurden Wirkungsgrade bis 10,5 % berechnet. Diese Ergebnisse waren jedoch nicht auf die Verhältnisse auf der Erdoberfläche übertragbar, da im Weltraum die natürliche Sonnenstrahlung keinen Tag-Nacht-Rhythmen und keiner Absorption durch Wolkendecken und Atmosphäre unterliegt. Seit dieser Zeit versuchen Industrie und Forschung, immer größere Wirkungsgrade zu erreichen. Der theoretische Wirkungsgrad liegt bei 29 % für die Strahlungsverhältnisse in mittleren Breiten. Zu den Wirkungsgraden siehe auch technische Merkmale. Bis gegen Ende der 1990er Jahre waren Zellen mit etwa 100 mm Kantenlänge (im Fachjargon auch Vier-Zoll-Zellen genannt) die üblichste Baugröße. Danach wurden auch Fünf-Zoll-Zellen verstärkt eingeführt, und seit etwa 2002 sind auch Sechs-Zoll-Zellen (Kantenlänge etwa 150 mm) für Standardmodule eine gängige Größe.

Formen und Größen

Zu Beginn der Kommerzialisierung der Solartechnik wurden häufig runde Zellen eingesetzt, deren Ursprung von den meist runden Siliziumsäulen der Computerindustrie herrührt. Inzwischen ist diese Zellenform relativ selten, und es werden quadratische Zellen oder fast quadratische mit mehr oder weniger abgeschrägten Ecken eingesetzt. Durch Sägen der fertig prozessierten Zellen entstehen für spezielle Anwendungen im Kleingerätebereich auch Zellen mit kleineren Kantenlängen. Sie liefern annähernd die gleiche Spannung wie die großen Zellen, jedoch entsprechend der kleineren Fläche einen kleineren Strom. Im EFG-Verfahren werden auch Zellen hergestellt, bei denen die Seiten des entstehenden Rechtecks nicht die gleichen Längen haben.

Technische Merkmale

Die Kenngrößen einer Solarzelle werden für normierte Bedingungen (STC, Standard Test Conditions) angegeben (Einstrahlungstärke von 1000 W/m2 in Modulebene, Temperatur der Solarzelle 25 °C konstant, Strahlungspektrum AM 1,5 global; DIN EN 61215, IEC 1215, DIN EN 60904, IEC 904). Hierbei steht AM 1,5 global für den Begriff Air Mass, die 1,5 dafür, dass die Sonnenstrahlen hierbei das 1,5-fache der Atmosphärenhöhe durchlaufen, weil sie schräg auftreffen. Dies entspricht sehr gut den sommerlichen Gegebenheiten in Mitteleuropa von Norditalien bis Mittelschweden. Im Winter steht die Sonne in unseren Breiten erheblich tiefer, und ein Wert von AM 4 bis AM 6 ist hier realistischer. Durch die Absorption in der Atmosphäre verschiebt sich auch das Spektrum des auf das Modul treffenden Lichtes. "Global" steht für Globalstrahlung, die sich aus dem Diffus- und dem Direktstrahlungsanteil der Sonne zusammensetzt. Hierbei ist zu beachten, dass in der Realität insbesondere die Zellentemperatur bei einer solchen Einstrahlung, die in Deutschland im Sommer zur Mittagszeit erreicht wird, bei normalem Betrieb wesentlich höher liegt (je nach Anbringung, Windanströmung etc. kann sie zwischen etwa 30 und 60 °C liegen). Eine erhöhte Zellentemperatur bedeutet aber gleichzeitig einen herabgesetzten Wirkungsgrad der Solarzelle. Aus diesem Grund wurde auch eine weitere Bezugsgröße geschaffen, PNOCT, die Leistung bei normaler Betriebstemperatur (normal operating cell temperature). Deutschland Gebräuchliche Abkürzungen für die Bezeichnungen sind
- SC: Short Circuit - Kurzschluss
- OC: Open Circuit - Leerlauf
- MPP: Maximum Power Point - Betriebspunkt maximaler Leistung Die Kennwerte einer Solarzelle sind
- Leerlaufspannung U_ (auch V_)
- Kurzschlussstrom I_
- Spannung im bestmöglichen Betriebspunkt U_ (auch V_)
- Strom im Betriebspunkt mit maximaler Leistung I_
- Maximale erzielbare LeistungP_
- Füllfaktor FF
- Koeffizient für die Leistungsänderung mit der Zelltemperatur
- Zellwirkungsgrad \eta Solarzellen können also eine Leistung von sehr grob 160 W/m² abgeben. Eingebaut in ein Modul ist die Leistung pro Fläche geringer, da zwischen den Zellen und zum Modulrand Abstände vorhanden sind. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist das Verhältnis von erzeugter elektrischer Leistung zur Leistung der Globalstrahlung. Halbleiter mit fester Bandlücke nutzen nur einen Teil des Sonnenlichtes. Ihr maximaler theoretischer Wirkungsgrad liegt bei ungefähr 30 % [http://www.ds.mw.tu-darmstadt.de/services/education/MaWi_Physik_WS2002/Versuchsanleitungen/030128_Solarzellen_OF.pdf]. Bei Mehrschichtsystemen bzw. Multibandsystemen, die für verschiedene Farben des Sonnenlichts sensibilisiert sind, liegt die theoretische Grenze bei über 50% [http://www.wissenschaft.de/wissen/news/174222.html]. Wirkunngsgrade kommerziell erhältlicher Zellen gehen bis knapp über 20 Prozent (siehe Tabelle). Damit hergestellte Solarmodule erreichen bis etwa 17 Prozent Wirkungsgrad. Der Rekord für im Labor hergestellte Solarzellen liegt bei 24,7 Prozent (University of New South Wales, Australien), mit denen Module mit über 22 Prozent Wirkungsgrad hergestellt wurden. Der Preis für diese im Zonenschmelzverfahren hergestellten Zellen liegt bei etwa 200 Euro pro Zelle bei einer Zellfläche von 21,6 cm2. Die Degradation des Wirkungsgrades (Alterungsverhalten) liegt bei ca. 10 Prozent in 25 Jahren. Hersteller geben beispielsweise Garantien auf mindestens 80 Prozent der Peak-Leistung nach 20 Jahren. Im Weltraum ist einerseits die Solarkonstante größer als die Globalstrahlung auf der Erde, andererseits altern die Solarzellen schneller. Solarpanele für Satelliten erreichen zur Zeit (2005) einen Wirkungsgrad von fast 25% [http://www.esa.int/techresources/ESTEC-Article-art_print_friendly_1115706332477.html] bei einer Betriebszeit von 15 Jahren.

Verschiedene Arten von Solarzellen

Solarzellen kann man nach verschiedenen Kriterien einordnen. Das gängigste Kriterium ist die Materialdicke. Hier wird nach Dickschicht- und Dünnschichtzellen unterschieden. Ein weiteres Kriterium ist das Material: Es werden zum Beispiel CdTe, GaAs oder CuInSe eingesetzt, weltweit am häufigsten jedoch Silizium. Die Kristallstruktur kann kristallin oder amorph sein. Amorphe Materialien haben keine einheitliche Gitterstruktur. Nach der verwendeten Technik bei der Fertigung der Zelle aus dem Wafer unterscheidet man verschiedene Oberflächenstrukturierungen und Anordnungen der Zellenkontaktierung. In der Dünnschichttechnik sind zudem noch verschiedenste Kombinationen von Solarzellen möglich, die gestapelt werden können, wodurch der Wirkungsgrad der Gesamtanordnung erhöht werden kann.

Eine Einteilung nach Materialien

# Siliziumzellen #
- Dickschicht #
  - monokristalline Zellen (c-Si)
hohe Wirkungsgrade (großtechnisch bis über 20 % Wirkungsgrad erzielbar, gut beherrschte Technik; allerdings erfordert die Herstellung einen sehr hohen Energieeinsatz, der sich deutlich negativ auf die Energierücklaufzeit auswirkt #
  - polykristalline Zellen (mc-Si)
inzwischen sind großtechnisch wohl Wirkungsgrade bis über 16 % möglich, relativ kurze Energierücklaufzeiten, bisher und wohl auch noch einige Zeit die Zelle mit dem günstigsten Preis-Leistungs-Verhältnis #
- Dünnschicht #
  - amorphes Silizium (a-Si) #
  - kristallines Silizium # GaAs-Zellen
hohe Wirkungsgrade, sehr temperaturbeständig, geringerer Leistungsabfall bei Erwärmung als kristalline Siliziumzellen, immer noch sehr teuer in der Herstellung, werden häufig in der Raumfahrt eingesetzt # CdTe
soll großtechnisch sehr günstig herstellbar sein, für eine Laborsolarzelle sind schon etwa 16% erreicht worden, Modul-Wirkungsgrade bisher noch deutlich unter 10 %, Langzeitverhalten noch nicht bekannt. # CIS-, CIGS-Zellen
CIS steht für Kupfer-Indium-Diselenid bzw. Kupfer-Indium-Disulfid. Es existiert eine Pilotfertigung zur Fertigung von Kupfer-Indium-Diselenid-Modulen in Marbach am Neckar sowie eine Pilotfertigung von Solarmodulen auf Basis von Kupfer-Indium-Disulfid in Berlin, und es entsteht derzeit eine Pilotfertigung von Solarmodulen aus Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid in Uppsala/Schweden.
Diese Hersteller planen ab 2006, Solarmodule in Massenproduktion herzustellen. # organische Solarzellen
Die organische Chemie liefert Werkstoffe, die eine kostengünstige Fertigung von Solarzellen erlauben. Bisheriger Nachteil ist ihr deutlich schlechterer Wirkungsgrad und die recht kurze Lebensdauer der Zellen. # Farbstoffzellen
oder auch Grätzel-Zellen nutzen organische Farbstoffe zur Umwandlung von Licht in elektrische Energie, ein Vorgang, der an die Photosynthese anlehnt.

Hersteller von Solarzellen (Auswahl)

Deutschland


- ANTEC SOLAR ENERGY AG, Arnstadt (Thüringen)
- Deutsche Cell GmbH (SolarWorld AG-Tochter), Freiberg (Sachsen)
- ErSol Solar Energy AG, Erfurt (Thüringen)
- Q-Cells AG, Thalheim (Sachsen-Anhalt)
- Schott Solar GmbH, Alzenau (Bayern)
- Shell Deutschland GmbH, Gelsenkirchen (Nordrhein-Westfalen)
- SULFURCELL Solartechnik GmbH, Berlin

Ausland


- GE Energy - Solar Power (USA) (früher Astropower)
- Isofoton (Spanien)
- Microsol Power Pvt. Ltd. (Indien)
- Photowatt (Frankreich)
- Solibro AB, Uppsala (Schweden)

Weblinks


- [http://www.pv-uni-netz.de/ PV-Uni-Netz.de]
- [http://www.solarserver.de/ Solarserver.de]
- [http://www.volker-quaschning.de/ Volker Quaschning (persönliche Homepage)]
- [http://www.asc.angstrom.uu.se/en/ Ångström Solar Center (Uppsala)] (englische Seite)
- [http://www.solarfoerderung.de/ Informationen rund um die Finanzierung von Solaranlagen]
- [http://www.solarintegration.de/ Informationsportal für solares Gestalten und Bauen] Kategorie:Solarenergie Kategorie:Elektrische Energie Kategorie:Umwelttechnik Kategorie:Diode ja:太陽電池 ko:태양 전지



1992

Ereignisse

Jahreswidmungen


- 1992 ist „Internationales Jahr des Weltraums“ der Vereinten Nationen
- Das Rotkehlchen (Erithacus rubecula) ist Vogel des Jahres (NABU/Deutschland)
- Die Bergulme (Ulmus glabra) ist Baum des Jahres (Kuratoriums Baum des Jahres/Deutschland)
- Die Fledermaus (Microchiroptera) ist Tier des Jahres (Schutzgemeinschaft Deutsches Wild)
- Das Große Zweiblatt (Listera ovata) ist Orchidee des Jahres (Arbeitskreis Heimische Orchideen/Deutschland)

Januar bis Dezember


- 1. Januar: René Felber wird Bundespräsident der Schweiz
- 1. Januar: Boutros Boutros-Ghali wird neuer Generalsekretär der Vereinten Nationen
- 1. Januar: Das Gesetz über die Stasi-Akten tritt in Kraft
- 2. Januar: Aserbaidschan, Moldawien, Russland und die Ukraine heben die Preisbindung für die meisten Güter auf
- 3. Januar: Waffenstillstand zwischen Serbien und Kroatien
- 9. Januar: Bosnien und Herzegowina. Ausrufung der Republik
- 12. Januar: Bulgarien. Erneute Wahl von Schelju Schelew zum Staatspräsidenten
- 15. Januar: Slowenien und Deutschland nehmen diplomatische Beziehungen auf
- 15. Januar: Slowenien wird von den Ländern der EG anerkannt
- 19. Januar: Deutschland nimmt zu Kroatien diplomatische Beziehungen auf
- 30. Januar: Kasachstan wird Mitglied in der OSZE (Organisation für Sicherheit und Zusammenarbeit in Europa)
- 3. Februar: Aufnahme diplomatischer Beziehungen zwischen Kirgisistan und Deutschland
- 4. Februar: Putschversuch in Venezuela
- 6. Februar: Nachbarschaftsvertrag zwischen Deutschland und Ungarn
- 7. Februar: Der Vertrag über die Europäische Union wird von den Außen- und Finanzminister der Mitgliedstaaten in Maastricht unterzeichnet
- 12. Februar: Friedenstruppen der Vereinten Nationen werden in Kroatien stationiert
- 12. Februar: Neue, jetzt demokratische, Verfassung in der Mongolei
- 14. Februar: Auf dem ehemaligen NVA-Übungsplatz Zingst wird der Start von Raketen des Typs MMR06-M zu Meßzwecken in der Hochatmosphäre wieder aufgenommen
- 27. Februar: Verhaftung von Jack Unterweger
- 27. Februar: Vertrag über gute Nachbarschaft und freundschaftliche Zusammenarbeit zwischen Deutschland und Tschechien
- 2. März: Armenien, Turkmenien, Usbekistan, San Marino, Republik Moldau, Kasachstan, Kirgisistan, Armenien und Aserbaidschan werden Mitglieder der Vereinten Nationen
- 3. März: Georgien wird Mitglied im Schwarzmeerkooperationsrat
- 3. März: Kasachstan wird Mitglied in EAPR (Euro-Atlantischer Partnerschaftsrat)
- 5. März: Georgien. Unter dem Vorsitz von Eduard Schewardnadse wird ein Staatsrat gebildet
- 6. März: Aserbaidschan. Rücktritt des Präsidenten Mutalibow
- 6. März: Die Ostseeanrainerstaaten gründen den Ostseerat
- 12. März: Ausrufung der Republik Mauritius
- 13. März: Burundi. Verkündung der neuen Verfassung
- 18. März: Microsoft bringt Windows 3.1 auf den Markt
- 18. März: Finnlands Parlament entscheidet sich für den Beitritt zur EU. Auch Norwegen beantragt im März die EU-Mitgliedschaft
- 22. März: Kroatien wird Mitglied in der OSZE
- 24. März: Georgien wird Mitglied der OSZE
- 24. März: Slowenien wird Mitglied der OSZE (Organisation für Sicherheit und Zusammenarbeit in Europa)
- 5. April: Eigenputsch in Peru durch Staatspräsident Alberto Fujimori, Auflösung des Parlaments, Suspendierung der Verfassung
- 6. April: Bosnien und Herzegowina. Anerkennung durch die EU
- 6. April: Anerkennung der Republik Bosnien und Herzegowina durch die USA und der EU
- 10. April: Um 7.30 Uhr wird auf dem ehemaligen NVA-Übungsplatz Zingst zum letzten Mal eine Rakete des Typs MMR06-M gestartet. Seit Oktober 1988 wurden insgesamt 62 dieser Flugkörper zu Messungen der Windgeschwindigkeit und der Temperatur in der Hochatmosphäre von Zingst gestartet
- 13. April: Ein schweres Erdbeben beschädigt weite Teile des Niederrheingebietes
- 17. April: Armenien tritt der OSZE bei
- 18. April: Maaouya Ould Sid'Ahmed Taya wird Staatspräsident in Mauretanien
- 22. April: Dr. Janez Drnovšek wird Ministerpräsident in Slowenien
- 23. April: General Than Shwe wird Staatsoberhaupt in Myanmar
- 26. April: Mazedonien trennt sich vom serbisch-jugoslawischen Dinar
- 29. April: In Los Angeles kommt es zu gewalttätigen Rassenunruhen, die sechs Tage anhalten und über 50 Menschen das Leben kosten
- 5. Mai: Bulgarien wird in den Europarat aufgenommen
- 5. Mai: Georgien wird Mitglied im Internationalen Währungsfond (IWF)
- 7. Mai: Slowenien wird Mitglied in der WHO (Weltgesundheitsorganisation)
- 17. Mai: Hans-Dietrich Genscher tritt mit 18 Amtsjahren aus Altersgründen zurück
- 18. Mai: Turkmenistan erhält eine neue Verfassung
- 22. Mai: Kroatien und Bosnien und Herzegowina werden Mitglieder der Vereinten Nationen
- 22. Mai: Kasachstan wird Mitglied in der UNESCO
- 24. Mai: Deutschland schließt mit Ägypten ein Abkommen über die Reduzierung und Restrukturierung der Auslandsschulden
- 27. Mai: Die Republik Moldau wird Mitglied in der UNESCO
- 27. Mai: Slowenien wird Mitglied in der UNESCO
- 28. Mai: Armenien tritt dem IWF bei
- 29. Mai: Slowenien wird Mitglied in der ILO (Internationale Arbeitsorganisation)
- Mai: Das Erste Europäische Jugendchor Festival fand in Basel statt. Es ist ein großer Erfolg und wird alle 3 Jahre stattfinden
- 1. Juni: Kroatien wird Mitglied in der UNESCO
- 2. Juni: Kirgisistan wird Mitglied in der UNESCO
- 3. Juni: Aserbaidschan wird Mitglied in der UNESCO
- 3. Juni bis 14. Juni: Umwelt-Gipfel in Rio de Janeiro
- 5. Juni: Albanien wird in den NATO-Kooperationsrat aufgenommen
- 7. Juni: Aserbaidschan. Abulfaz Eltschibey wird Präsidenten
- 9. Juni: Armenien wird Mitglied in der UNESCO
- 12. Juni: Slowenien wird Mitglied der WIPO (Weltorganisaiton für geistiges Eigentum)
- 13. Juni: Slowenien wird Mitglied in der ICAO (Internationale Zivilluftfahrt-Organisation)
- 15. Juni: Burkina Faso. Youssouf Quedraogo wird neuer Regierungschef
- 16. Juni: Slowenien wird Mitglied in der ITU (Internationale Fernmeldeunion)
- 19. Juni: Armenien tritt der Weltbank bei
- 20. Juni: Estland. Einführung der Landeswährung „Krone“
- 20. Juni: Paraguay gibt sich eine neue, jetzt demokratische, Verfassung
- 24. Juni: Waffenstillstand zwischen Georgien und Ossetien
- 25. Juni: Rumänien. Unterzeichnung des Bosporuskommuniqué
- 28. Juni: Erste demokratische Wahlen in der Mongolei
- 28. Juni: Syrien wird Mitglied in der ITU (Internationale Fernmeldeunion)
- 2. Juli: Die USA teilen mit, dass sie alle taktischen Atomwaffen aus Europa abgezogen haben
- 3. Juli: Estland. Die neue Verfassung tritt in Kraft
- 4. Juli: Grundsatzerklärung zwischen Kirgisistan und Deutschland
- 6. Juli: Gründung des gemeinnützigen Vereins C.A.R.M.E.N. e.V.
- 8. Juli: Dr. Thomas Klestil wird Bundespräsident in Österreich
- 9. Juli: OSZE-Gipfeltreffen in Helsinki
- 14. Juli: Abkommen auf dem Gebiet der Rechts- und Amtshilfe zwischen Deutschland und Schweden
- 15. Juli: Kasachstan wird Mitglied im IWF (Internationaler Währungsfonds)
- 21. Juli: Friedensregelung zwischen Russland und der Republik Moldau
- 23. Juli: Luftverkehrsabkommen zwischen Dominikanische Republik und Deutschland
- 23. Juli: Unabhängigkeitserklärung Abchasiens
- 24. Juli: Kasachstan wird Mitglied bei der Weltbank
- 31. Juli: Georgien wird in die Vereinte Nationen aufgenommen
- 31. Juli: Georgien wird Mitglied bei den Vereinten Nationen
- 14. August: Beginn des Krieges zwischen Georgien und Abchasien
- 19. August: Die Deutsche Botschaft in Bischkek, Kirgisistan, wird eröffnet
- 22. August bis 26. August: Mehr als 1000 meist jugendliche Rechtsradikale führen Pogrome in der Zentralen Anlaufstelle für Asylbewerber in Rostock, Stadtteil Lichtenhagen, durch
- 27. August: Slowenien wird Mitglied im UPU (Weltpostverein)
- 1. September: Der erste österreichische Gedenkdiener tritt seinen Dienst im Museum Auschwitz-Birkenau an
- 4. September: Die „Deutsch-Omanische Gesellschaft“ wird in Bonn gegründet
- 12. September: Madagaskar. Die neue Verfassung wird angenommen
- 20. September: Estland. Parlaments- und Präsidentschaftswahlen
- 25. September: Bei den 1. Braunauer Zeitgeschichte-Tagen treffen sich Vertreter belasteter Städte in Braunau am Inn
- 29. September: Parlaments- und Präsidentschaftswahlen in Angola
- 30. September: Doppelbesteuerungsabkommen zwischen Deutschland und Bolivien
- 5. Oktober: Estland. Lennart Meri wird Staatspräsident
- 5. Oktober: Kuwait. Wahlen zur Nationalversammlung
- 7. Oktober: Georgien wird Mitglied in der UNESCO
- 11. Oktober: Georgien. Eduard Schewardnadse wird Staatspräsident
- 14. Oktober: Neue Verfassung in Togo
- 25. Oktober: Litauen nimmt neue Verfassung an
- 25. Oktober: Parlamentswahlen in Litauen
- 23. November: Bei einem Brandanschlag in Mölln (Schleswig-Holstein) sterben zwei türkische Frauen und ein zehnjähriges Mädchen
- 26. November: Großbrand in der Wiener Hofburg
- 27. November: Putschversuch in Venezuela
- 6. Dezember: Kommunalwahlen in São Tomé und Príncipe
- 6. Dezember: Die Schweiz lehnt in einer Volksabstimmung den Beitritt zum EWR knapp ab ([http://www.admin.ch/ch/d/pore/va/19921206/det388.html Resultate])
- 7. Dezember: Verfassungsänderung in Polen
- 12. Dezember: Rumänien. Freihandelsabkommen mit der EFTA
- 14. Dezember: Kroatien wird Mitglied im IWF, (Internationaler Währungsfond)
- 16. Dezember: Kulturabkommen zwischen Deutschland und Russland. In Kraft seit dem 18. Mai 1993
- 26. Dezember: Die Republik Niger bekommt eine neue Verfassung
- 30. Dezember: Bulgarien. Bildung der Regierung unter Ljuben Berov
- Weltkonferenz der Vereinten Nationen über Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro

Kultur


- Koblenz feiert sein 2000-jähriges Bestehen
- 19. Februar: Uraufführung des Musicals Crazy for You von George Gershwin am Schubert Theatre in New York
- 18. März: Uraufführung der Oper Eréndira von Violeta Dinescu in München
- 12. August: Kulturabkommen zwischen Deutschland und Nepal. In Kraft seit dem 6. September 1993
- 29. Oktober: Kulturabkommen zwischen Deutschland und Nicaragua. In Kraft seit dem 25. Januar 1999
- 22. Dezember: Beschluß des Weltwassertags

Katastrophen


- 20. Januar: Straßburg, Frankreich. Ein Airbus A320 der Air Inter stürzte während des Anflugs wegen falsch voreingestellter Sinkrate ab. 87 Menschen starben, 9 Menschen überlebten
- 9. Februar: Nahe Diouloulou, Senegal. Eine aus Dakar kommende Convair CV 640 der Gambcrest stürzte beim Landeanflug ab, wobei 31 der 59 Menschen an Bord umkamen
- 13. März: Erdbeben in der Region Erzincan, Türkei, etwa 650 Tote
- 22. März: New York, USA. Wegen vereister Tragflächen stürzte eine Fokker F-28 der USAir beim Start ab. Von 51 Menschen an Bord starben 27
- 26. April: Iran. Beim Absturz einer Fokker F-27 der iranischen Luftwaffe nahe Saveh kamen alle 39 Insassen um
- 6. Juni: Nahe La Palma, Panama. Auf dem Flug von Panama-Stadt nach Cali, Kolumbien geriet eine Boeing 737 der COPA 20 Minuten nach dem Start in ein Unwetter und stürzte ab. Alle 47 Menschen starben
- 17. Juli: Jemen. Eine Antonow An-12 der Jemenitischen Luftwaffe stürzte beim Landeanflug auf Sana'a ab, wobei alle 57 Insassen ums Leben kamen
- 24. Juli: Indonesien. Beim Anflug auf Ambon (Molukken) zerschellte eine aus Ujung (Bali) kommende Vickers Viscount der Mandala Airlines mit 70 Menschen an Bord an einem Berg. Niemand überlebte
- 31. Juli: Nepal. Ein aus Bangkok, Thailand kommender Airbus A310 der Thai Airways verunglückt kurz vor der Landung in Kathmandu. Nach technischen Problemen prallte die Maschine beim zweiten Anflug gegen einen Berg. Alle 113 Menschen an Bord starben
- 31. Juli: Nanking, Volksrepublik China. Absturz einer Jakowlew Jak-42 der China General Aviation rund 600 Meter nach dem Start. 108 Menschen starben. 18 konnten gerettet werden
- 24. August: Hurrikan Andrew traf den US-Bundesstaat Florida, verursachte Schäden von 26,5 Milliarden Dollar und kostete 26 Menschen das Leben
- 27. August: Iwanowo, Russland. Beim Landeanflug verunglückte eine aus Donezk, Ukraine kommende Tupolew Tu-134 der Aeroflot. Dabei starben alle 84 Insassen
- 6. September: Donaueschingen, Deutschland. Busunglück auf der A 864. 27 Menschen kommen ums Leben
- 26. September: Lagos, Nigeria. Absturz eines nigerianischen Militärtransporters vom Typ Lockheed C-130 kurz nach dem Start wegen Triebwerksausfall. Alle 163 Soldaten starben
- 28. September: Kathmandu, Nepal. Ein Airbus A300 der Pakistan International Airlines prallte 20 km südlich des Flughafens gegen einen Berg. Alle 167 Menschen an Bord starben
- 4. Oktober: Eine Fracht-Boeing 747–200 der israelischen Fluggesellschaft El Al stürzte nach Ausfall von Triebwerken und Hydrauliksystem in Hochhäuser des Amsterdamer Vorortes Bijlmermeer. Mindestens 47 Menschen verbrannten in dem Flammenmeer. Als Fracht wurden nur Blumen und Parfüm angegeben. Erst viele Jahre später hat die Fluggesellschaft zugegeben, dass 240 kg der Chemikalie DMMP zur Erzeugung von Sarin sowie einige hundert Kilogramm Uran an Bord des Fluges von New York, USA über Amsterdam nach Tel Aviv, Israel waren
- 15. November: Dominikanische Republik. Eine Iljuschin Il-18 der kubanischen Aero Caribbean verunglückte bei der Landung in Puerto Plata. Keiner der 34 Insassen überlebte
- 24. November: Guilin, Volksrepublik China. Absturz einer aus Kanton (Guangzhou) kommenden Boeing 737 der China Southern Airlines beim Landeanflug 20 km vor dem Ziel. Alle 141 Menschen an Bord starben
- 12. Dezember: Erdbeben der Stärke 7,5 in der Region Flores, Indonesien, ca. 2.500 Tote
- 13. Dezember: Zaire. Eine Fokker F-27 der Scibe Airlift Cargo Zaire stürzte beim Anflug auf Goma ab, wobei alle 37 Personen an Bord starben
- 21. Dezember: Faro, Portugal. Eine in Amsterdam, Niederlande gestartete McDonnell Douglas DC-10 der Martinair verunglückte während der Landung im Unwetter. 56 Menschen starben, 284 überlebten
- 22. Dezember: Libyen. Beim Anflug auf Tripolis stieß eine Boeing 727 der Libyan Arab Airlines mit einer MiG-23 zusammen. 157 Menschen starben

Sport

Einträge von Leichtathletik-Weltrekorden siehe unter der jeweiligen Disziplin unter Leichtathletik.
- 8. Februar bis 23. Februar: XVI. Olympische Winterspiele in Albertville/Frankreich
- 9. Februar: In Orlando (Florida) findet das 42. NBA Allstar-Game statt. Magic Johnson nimmt trotz seiner AIDS-Erkrankung teil und wird MVP
- 16. Mai der VfB Stuttgart wird Deutscher Fußballmeister
- 10. bis 26. Juni: Fußball-EM in Schweden: Dänemark gewinnt das Finale gegen Deutschland mit 2:0
- 19. Juni: Evander Holyfield gewann seinen Boxkampf und Weltmeistertitel im Schwergewicht gegen Larry Holmes im Caesars Palace, Las Vegas, durch Sieg nach Punkten
- 19. Juli: Deutschland (mit Steffi Graf und Anke Huber) gewinnt das Fed Cup-Finale gegen Spanien (im Frankfurter Waldstadion)
- 25. Juli bis 9. August: XXV. Olympische Sommerspiele in Barcelona/Spanien
- 13. November: Riddick Bowe gewann seinen Boxkampf und Weltmeistertitel im Schwergewicht gegen Evander Holyfield im Thomas & Mack Center, Las Vegas, durch Sieg nach Punkten

Geboren


- 15. April: Richard Sandrak, US-amerikanischer Bodybuilder
- 15. April: Amy Diamond, schwedische Sängerin
- 18. Mai: Spencer Breslin, US-amerikanischer Schauspieler
- 29. Mai: Anne-Luise Tietz, deutsche Schauspielerin
- 9. Juni: Freddie Highmore, britischer Schauspieler
- 28. September: Skye McCole-Bartusiak, US-amerikanische Schauspielerin
- 5. Dezember: Giorgio Cantarini, italienischer Schauspieler

Gestorben


- 1. Januar: Giorgio Scarlatti, Rennfahrer (
- 1921)
- 1. Januar: Grace Hopper, US-amerikanische Informatikerin und Computerpionierin (
- 1906)
- 3. Januar: Judith Anderson, Schauspieler (
- 1897)
- 9. Januar: Jochen van Aerssen, deutscher Politiker (
- 1941)
- 13. Januar: Josef Neckermann, deutscher Versandkaufmann und Dressurreiter (
- 1912)
- 17. Januar: Charlie Ventura, US-amerikanischer Jazzmusiker (Tenorsaxophon) (
- 1916)
- 20. Januar: Paul Tröger, deutscher Schachmeister (
- 1913)
- 20. Januar: Katrin Sello, Kunstkritikerin und Direktorin des Kunstvereins Hannover (
- 1941)
- 21. Januar: Edmund Collein, deutscher Architekt (
- 1906)
- 21. Januar: Champion Jack Dupree, Blues-Sänger und -Pianist (
- 1909)
- 25. Januar: Raban Graf Adelmann, deutscher Politiker (
- 1912)
- 26. Januar: José Ferrer, Schauspieler, Regisseur (
- 1912)
- 28. Januar: Arvo Ylppö, finnischer Neonatologe bzw. Kindermediziner (
- 1887)
- 29. Januar: Willie Dixon, US-amerikanischer Bluesmusiker (
- 1915)
- 31. Januar: Martin Held, deutscher Schauspieler (
- 1908)
- 3. Februar: Otto Arndt, SED-Funktionär und Minister für Verkehrswesen der DDR (
- 1920)
- 6. Februar: Felix Rexhausen, deutscher Journalist, Autor und Satiriker (
- 1932)
- 10. Februar: Alex Haley, US-amerikanischer Schriftsteller (
- 1921)
- 14. Februar: