Solarzellen

Die Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, welches Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln kann. Die Anwendung der Solarzelle nennt man Photovoltaik. Solarzellen sind wie Halbleiter aufgebaut.

Aufbau und Schaltzeichen

Eine Solarzelle besteht aus einer Trägerschicht von p-leitendem Silicium. Auf diese ist eine sehr dünne n-leitende Silicium-Schicht aufgedampft. In dem Bereich, in dem sich beide Schichten berühren, bildet sich eine sehr dünne Grenzschicht aus. Die elektrischen Anschlüsse befinden sich auf der Unterseite der p-leitenden Schicht und auf der Oberseite der aufgedampften n-Schicht.

In der Grenzschicht vereinigen sich Elektronen aus dem n-leitenden Bereich mit Atomen aus dem p-Bereich. Dabei bleiben positiv geladene Ionen übrig, die unbeweglich sind. Das von oben auftreffende Licht durchdringt die äußerst dünne n-Schicht beinahe ungehindert undwird nachfolgend absorbiert. Das erfolgt beim Auftreffen eines Lichtteilchens auf ein Atom. Dabei überträgt ein Teilchen seine ganze Energie auf ein Atom.

Die Elektronen im elektrischen Feld derGrenzschicht wandern in die n-Schicht des Halbleiters. Die Elektronen werden durch das elektrische Feld beschleunigt. Die entstehenden Löcher im elektrischen Feld der Grenzschicht wandern in Feldlinienrichtung in die p-Schicht. Es entsteht eine p-Schicht mit einem Überschuss an positiven Ladungsträgern (freigesetzte Löcher, Elektronenmangel) und eine n-Schicht mit einem Überschuss an negativen Ladungsträgern (freigesetzte Elektronen, Elektronenüberschuss). Durch die Ladungstrennung entsteht eine Spannungsquelle, die einem angeschlossenen Verbraucher Strom liefern kann. Die Größe der Spannung steht im Zusammenhang mit der Grenzschichtspannung.

Fotoelemente werden zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie verwendet. Für die Zukunft werden sie immer öfter zur Energieversorgung eingesetzt. In den meisten Fällen werdenSolarzellen aus Silicium hergestellt, da diese äußert langlebig sind und praktisch keine Wartung erfordern. Aufgrund des geringen Wirkungsgrads und der teuren Herstellung sind sie jedoch für vieleAnwendungsgebiete noch nicht geeignet. Denn je nach Jahreszeit, Sonnenstand und Wetter liegt die abgegebene Leistung oft unter 100 W pro Quadratmeter.