Solarmarkt

Kurz beschrieben setzt Licht in der Grenzschicht zwischen zwei unterschiedlich dotierten Halbleitermaterialien Ladungsträger frei. Im elektrischen Feld der Grenzschicht bewegen sich die negativ geladenen Teilchen (Elektronen) in Richtung Pluspol: es fliesst ein elektrischer Gleichstrom. Der elektrische Strom entsteht durch den Photoeffekt. Dieser wurde bereits 1839 von Becquerel entdeckt und 1954 von Bell Telephone als Solarzellenprinzip praktisch angewendet. Dieser Prozess erfolgt in einem Halbleiter, der sowohl negative (Elektronen) als auch positive (Löcher) Ladungsträger enthält. Das Prinzip des Photoeffektes beruht nun darauf, dass durch Bestrahlung mit Licht, genauer durch Absorption von Licht, zusätzliche Ladungsträger entstehen, indem freie Elektronen und Löcher erzeugt werden. Dadurch bildet sich eine elektrische Spannung. Um die entstandenen freien Ladungsträger zu trennen, ist eine bestimmte Struktur der Halbleiteranordnung notwendig. Diese enthält einen pn-Übergang, das heisst, einen Bereich, in dem ein Gebiet mit Elektronenüberschuss mit einer Zone mit Löcherüberschuss zusammenstößt. So grenzt bei einer Silizium-Halbleiterstruktur ein mit Phosphor dotiertes n-Gebiet an eine p-Schicht, die mit Bor dotiert ist. Wird eine solche Zone mit Licht bestrahlt, entsteht am pn-Übergang ein elektrisches Feld (die Raumladungszone). In der n- und in der p-leitenden Zone werden durch Lichtbeschuss Elektronen aus dem Atomverband herausgerissen, wodurch eine analoge Menge von Löchern entsteht. Um das Ladungsgewicht wieder herzustellen, diffundieren so erzeugte freie Elektronen aus dem p-Gebiet in die n-Zone und umgekehrt Löcher aus dem n-Gebiet in den p-Bereich. Es bildet sich ein Überschuss von Elektronen im n-Gebiet und ein solcher von Löchern im p-Bereich. An den Metallkontakten entsteht eine Spannung mit einer Polarität, die dem inneren Feld entgegengesetzt ist. Wird ein Stromkreis mit einem Verbraucher an die äusseren Kontakte gelegt, fließt Gleichstrom. Beim Schließen des Stromkreislaufs fließen die Elektronen über den Leiter zurück und vereinigen sich wieder mit den Löchern. Lichteinwirkung führt erneut zum Abtrennen von Elektronen aus dem Atomverband, gleichzeitig zum Entstehen neuer Löcher, und der Prozess beginnt im Sinne eines Kreislaufs aufs Neue.

zurückzum Solar-ABC