Solarzelle

Eine Solarzelle ist ein Bauelement einer Photovoltaikanlage. Ihre Funktionsweise basiert auf dem photovoltaischen Effekt. Dieser beschreibt die Entstehung einer elektrischen Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden bei Lichteinfall. Der Aufbau einer Solarzelle ist in Abbildung 1 dargestellt. Solarzellen bestehen aus Halbleitermaterialien, welche die Photonen der Sonnenstrahlung absorbieren. Dabei wird sowohl die direkte Solarstrahlung als auch die diffuse Solarstrahlung genutzt. Da sich die aus Metall bestehende negative Elektrode auf der Oberfläche der Solarzelle befindet wird ein Teil der Strahlung reflektiert.

Durch die Absorption der Photonen lösen sich Elektronen des Materials aus ihren Bindungen und werden frei beweglich, bis sie eine neue, leere Stelle in einer Bindung besetzen. Das Halbleitermaterial einer Solarzelle wird gezielt mit Fremdatomen verunreinigt, um im Inneren ein elektrisches Feld zu erzeugen. Dies wird als Dotierung bezeichnet.

Eine Solarzelle setzt sich aus einer negativ dotierten Schicht, einer positiv dotierten Schicht und einer Grenzschicht zwischen den dotierten Schichten zusammen. Die Grenzschicht bildet das interne elektrische Feld der Solarzelle. Die durch die Photonen gelösten, frei beweglichen Elektronen diffundieren aus der n-leitenden Schicht in die p-leitende Schicht der Solarzelle. Dabei werden sie über Kontakte zu einem Wechselrichter oder einem Gleichstromverbraucher geleitet. Anschließend diffundieren die Elektronen nach erneuter Erregung durch Photonen zurück in die n-Schicht. Dabei durchqueren sie die Grenzschicht der Solarzelle.

Die Solarzellengröße bestimmt maßgeblich den bei maximaler Einstrahlung auftretenden Kurzschlussstrom. Bei einer typischen 6 Zoll Solarzelle mit einer Kantenlänge von 15,2 cm liegt dieser zwischen 7 und 9 A. Die Spannung liegt dabei zwischen 0,5 und 0,6 V. Bei den meisten Solarzellen wird kristallines Silizium als Halbleitermaterial verwendet, es stehen aber auch vermehrt Solarzellen aus alternativen Materialien zur Verfügung.

In Abhängigkeit der Materialdicke unterscheidet man zwischen Dickschichtsolarzellen und Dünnschichtsolarzellen. Des Weiteren werden Solarzellen nach ihrer Kristallstruktur als monokristalline Solarzelle oder polykristalline Solarzelle bezeichnet.

Aufbau einer Solarzelle

Aufbau einer Solarzelle

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