Solarzellen Photovoltaik

1 Einleitung

Eine umweltfreundliche Methode, elektrischen Strom zu erzeugen, ist die Nutzung von Photovoltaik. Dabei wird die Sonnenenergie direkt in elektrischen Strom umgewandelt, indem man auf Solarzellen zurückgreift, die diese Aufgabe mit einem akzeptablen Wirkungsgrad erledigen können. Die Grundlage dafür legten mehrere Physiker und Ingenieure, darunter Alexandre Edmond Becquerel, Albert Einstein, Philipp Lenard und Charles Fritts. Die heutigen Solarzellen werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt, das aus Quarzsand gewonnen wird.

2 Aufbau der Solarzellen

Die Solarzelle besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrode sowie einer Grenzschicht, die zwischen den beiden Schichten aus n-dotiertem und p-dotiertem Silizium liegt. Die Elektroden bestehen zumeist aus Aluminium oder Silber.

2.1 Materialien

Die n-dotierte Siliziumschicht besteht aus Silizium und zugesetzten Phosphoratomen, während das p-dotierte Silizium positiv dotiert ist und Boratome enthält. Durch das Dotieren wird der Halbleiter Silizium in die Lage versetzt, Elektronen abzugeben oder aufzunehmen.

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 Elements sorgt für einen negativ geladenen Halbleiter, während das Einbringen eines dreiwertigen Elements einen positiv geladenen Halbleiter erzeugt.

3 Funktionsweise der Solarzellen

Die Funktionsweise der Solarzellen beruht auf dem inneren Photoeffekt und dem photovoltaischen Effekt.

3.1 Innerer Photoeffekt

Beim inneren Photoeffekt wird ein Elektron durch die Absorption eines Photons aus dem Valenzband in das Leitungsband gehoben. Dadurch entsteht ein Elektronen-Loch-Paar, das zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

3.2 Photovoltaischer Effekt

Beim photovoltaischen Effekt wird durch die Absorption von Photonen in der Grenzschicht ein elektrisches Feld erzeugt, das zur Trennung von Elektronen und Löchern führt. Dadurch entsteht eine Spannung, die zur Stromerzeugung genutzt werden kann.

4 Wirkungsgrad, Spannung und Stromstärke

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. der Intensität und der Wellenlänge des einfallenden Lichts, der Temperatur und der Qualität des Halbleitermaterials. Die Spannung und Stromstärke einer Solarzelle hängen von der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen ab.

5 Schlussbemerkungen

Die Nutzung von Solarzellen zur Stromerzeugung ist eine umweltfreundliche Methode, die auf dem inneren Photoeffekt und dem photovoltaischen Effekt beruht. Der Wirkungsgrad, die Spannung und die Stromstärke einer Solarzelle hängen von verschiedenen Faktoren ab.

6 Quellenverzeichnis

- Norbert Auer: Solarzellen und Photovoltaik. Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 2010.

7 Anhang

- Abbildung 1: Aufbau der Solarzelle

- Abbildung 2: Raumladungen verstehen