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zu erwarten. Doch welche physikalischen Gesetze oder besser gesagt, welche physikalischen Abläufe liegen hier vor? Wie wird nur aus Sonnenlicht und ein wenig Sand elektrischer Strom erzeugt? Diese Fragen sollen mit Hilfe dieser Hausarbeit geklärt werden. Dazu wird erst der Aufbau einer Solarzelle erläutert, dies geschieht in (Kapitel 2). Im Anschluss werden die dafür benötigten Materialien mit ihren Eigenschaften dem Leser näher gebracht (Kapitel 2.1). Darauf folgt die Funktionsweise, hier wird dann ein Schaubild benutzt um dies zu veranschaulichen (Kapitel 3). Im Anschluss kommen wir direkt zu den eigentlichen physikalischen Abläufen, mit dem Photoeffekt (siehe 3.1) und dem photovoltaischen Effekt (siehe 3.2). Daraufhin wird die Spannung, der Wirkungsgrad und die Stromstärke einer Solarzelle eingehend erläutert (Kapitel 4). 1. Solarzellen 2 Aufbau der Solarzellen Mpositive positive Elektrode negative Elektrode 2012/12/wafer-solarzelle-aufbau.gif 12 n-dotiertes Silizium Grenzschicht 4 p-dotiertes Silizium Abbildung 1: Aufbau der Solarzelle https://www.photovoltaiksolarstrom.com/wp-content/uploads/ 4 2.1 Materialien Die Elektroden bestehen zumeist aus Aluminium oder Silber. Die n-dotierte Silizium-schicht besteht aus Silizium und zugesetzten Phosphoratomen. Dotieren bedeutet nämlich etwas mit Absicht zu ,,verunreinigen“, damit etwas besser leitet (Phosphor „verunreinigt" das Silizium). Durch das Einbringen des Phosphors ist der Halbleiter Silizium jetzt in einer besseren Lage Elektronen abzugeben. Dies lässt sich mit dem freien Außenelektron des Phospors erklären. Es besitzt fünf Stück benötigt jedoch nur vier, weshalb es dieses Fünfte gerne abgeben kann (Nr.2 in der Abbildung) . Es ist negativ geladen, wodurch auch das n im Namen zu erklären ist. Das p-dotierte Silizium ist positiv (p) dotiert, hier wurden Boratome beigemengt. Bor hat nur 3 Außenelektroden und ist auf der Suche nach einem Weiteren. Es ist somit ungesättigt und daher herrscht in dieser Schicht ein Elektronenmangel. (Nr.4 in der Abbildung) Die Grenzschicht, liegt wie der Name schon sagt zwischen den beiden Silizium schichten als Grenze. Hier herrschen Elektronenbewegungen, da die zwei Schichten jeweils eine unterschiedliche Ladung haben, und + und sich bekanntlicher Weise anziehen. Durch 1. Solarzellen diesen Ladungsunterschied und die daraus resultierende Elektronenbewegung entsteht ein elektrisches Feld (6). In dieser Grenzschicht sind die Atome nicht geladen (Nr.3 in der Abbildung) Es entsteht jedoch im negativ geladen Gebiet, eine positive Raumladung, und im positiven Gebiet eine negative Raumladung. Da die Elektronen sich bewegen und sich gegeneinander verschieben, sie diffundieren. (6) n-dotiert n-datiert n-dotiert enstehung_verarmungszone1.gif DO @@ Elektrisches Feld F Raumladungszone- Si Si Si Abbildung 2: Raumladungen verstehen https://www.photovoltaiksolarstrom.com/wp-content/uploads/2012/09/ Si Si Si Si 2.2 Dotieren nochmals erklärt Als dotieren wird das gezielte Einbauen von Elementen der III und V Hauptgruppe in ein Element der IV Hauptgruppe bezeichnet. Dabei unterscheidet man zwischen n-dotierten und p-dotierten Halbleitern. Das Einbringen eines fünfwertigen Elementes, sorgt für ein negativ geladenen Halbleiter, da es ein Elektron zuviel gibt. Das Einbringen eines dreiwertigen Elementes, sorgt somit für ein positiv geladenen Halbleiter. Si p-dobier Si p-dotiert e: p-dotiert Si Zeichenerklärung: Si DO Si ortsfeste positive Ladung ortsfeste negative Ladung freies Elektron freie Löcher Diffusionsstrom Feldstrom Si 5 Si Si C Norbert Auer