Die Funktionsweise von Solarzellen

Das Grundprinzip – der so genannte photovoltaische Effekt
Photovoltaik ist das Prinzip des photovoltaischen Effektes, d.h. der direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom.

Zur Herstellung der Solarzellen werden so genannte Halbleiter (Wafer / Siliziumzellen) verwendet, welche die Eigenschaft besitzen, bei Lichtzufuhr freie Ladungsträger zu erzeugen, welche der Wirkung der Ladung eine bestimmte Eigenschaft geben und sie entsprechend durch unsere Sinne wahrnehmbar machen.

Die im Licht enthaltene Energie trifft in der Zelle auf Elektronen (negative Ladungsträger) und befreit diese aus dem gebundenen Zustand, wodurch sie frei beweglich werden.

Spannungserzeugung durch Halbleiter-Dotierung
Um aus Siliziumzellen Elektrizität zu erzeugen, muss die negative Ladung von der positiven Ladung getrennt werden und der Strom vom positiven zum negativen Pol fließen.

Um dies Trennung zu erreichen,, besteht eine Solarzelle aus zwei Schichten, einer positiv und einer negativ dotierten, d.h. der Halbleiter wird zweischichtig mit Fremdatomen versehen.

Die Vorderseite einer Solarzelle wird n-dotiert, wodurch ein Überschuss an Elektronen erzeugt wird.

Die Rückseite einer Solarzelle ist hingegen p-dotiert, wodurch ein Mangel an Elektronen hervorgerufen wird.

An der Schnittstelle der n-dotierten und der p-dotierter Schicht entsteht die so genannte Raumladungszone (p-n-Übergang), d.h. ein elektrisches Feld.

Dieses elektrische Feld übt eine Kraft auf geladene Teilchen aus, wodurch bei Lichteinfall auf die Solarzelle ein Temperaturanstieg des Siliziums hervorgerufen wird, der dazu führt, dass Spannungen zwischen den beiden Schichten entstehen, wodurch einzelne Elektronenverbindungen gebrochen und durch das elektrische Feld zur Vorderseite der Zelle geleitet werden.

Durch das Wandern der Elektronen entsteht an Ihrem vorherigen Sitz innerhalb des Atomgitters eine Elektronenloch (Defektelektronen), an dessen Stelle tritt eine positive Ladung auf, welche durch das elektrische Feld indirekt zur Rückseite der Zelle geleitet wurde.

Durch diesen physikalischen Vorgang wird die Ladungstrennung sichergestellt, was dazu führt, dass die entstandene Spannung über die Front- und Rückseitenkontakte der Solarzellen entnommen und an einen geschlossener Stromkreislauf, entweder einen Verbraucher (z.B. solarbetriebene Taschenrechner, Armbanduhren, Radios, etc.) oder das Stromnetz, angeschlossen werden können.

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