Die Solarzelle ist eine faszinierende technologische Entwicklung, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt.
Der Aufbau einer Solarzelle basiert hauptsächlich auf Silizium-Solarzellen, die aus mehreren Schichten bestehen. Die wichtigsten Komponenten sind zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten: Die n-dotierte Schicht enthält zusätzliche Elektronen, während die p-dotierte Schicht Elektronenlöcher aufweist. Zwischen diesen Schichten entsteht ein elektrisches Feld, das für die Energieumwandlung entscheidend ist. Die Funktionsweise einer Solarzelle lässt sich für Schüler gut erklären: Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, werden Elektronen aus ihren Bindungen gelöst. Das elektrische Feld zwischen den Schichten sorgt dafür, dass die Elektronen in eine bestimmte Richtung fließen - so entsteht elektrischer Strom.
Der Wirkungsgrad spielt bei Solarzellen eine wichtige Rolle. Moderne Solarzellen erreichen im Labor bereits Wirkungsgrade von über 40%, während handelsübliche Module typischerweise zwischen 15% und 22% liegen. Die Photovoltaik Wirkungsgrad Entwicklung zeigt stetige Verbesserungen, wobei verschiedene Arten von Solarzellen unterschiedliche Vor- und Nachteile bieten. Monokristalline Zellen haben den höchsten Wirkungsgrad, sind aber teurer in der Herstellung. Polykristalline Zellen sind günstiger, haben aber einen etwas geringeren Wirkungsgrad. Dünnschichtzellen benötigen weniger Material, sind flexibler einsetzbar, haben aber meist niedrigere Wirkungsgrade. Der Photovoltaik Wirkungsgrad nach 20 Jahren liegt bei gut gewarteten Anlagen noch bei etwa 80% des ursprünglichen Wertes. Faktoren wie Verschattung, Temperatur und Verschmutzung können den Wirkungsgrad Solaranlage im Betrieb beeinflussen.
