Funktion der Solarzelle

Die Sonne ist ein riesiger unerschöpflicher Energielieferant der uns jährlich Energie von circa 1000 kWh je Quadratmeter auf die Erde schickt. Die 1000 kWh entsprechen etwa 100 Liter Heizöl. Wäre es nicht wundervoll wenn wir diese Energie nutzen könnten? Die Antwort auf de Frage heißt Solarenergie, mit ihr können wir diese Sonnenenergie für uns nutzen.

Die Sonnenenergie ist neben der Windernergie und der Wasserkraft einer der saubersten Energieformen mit der Strom erzeugt und beispielsweise in Licht umgewandelt werden kann. Sie wird mithilfe von Solarzellen produziert, die die Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln. Solarzellen sind meistens aus Silizium gefertigt. Einem Material das weder vollständig leitet noch vollständig isolierend ist und somit zu den Halbleitern gehört. Im Periodensystem findet Silizium sich neben Aluminium und Phosphor wieder und ist Teil der 14. Hauptgruppe. damit besitzt ein Siliziumatom zwei Elektronen auf der ersten Bahn, acht Elektronen auf der zweiten Bahn und vier auf der äußeren Bahn. Die Elektronen auf der letzten Bahn werden auch Valenzelektronen genannt und sind von großer Bedeutung. Denn alle Siliziumatome besitzen diese vier Valenzelektronen auf der 3. Bahn. Aber alle sind bestrebt acht Elektronen auf der letzten Bahn zu bekommen, um die Schale vollständig aufzufüllen. So gehen sie mit den Nachbaratomen Bindungen ein, um daraus eine starke und stabile Bindung zu erhalten.Um diesen stabilen Zustand zu stören werden gezielt Fremdatome eingesetzt. Im Fall von Bohr entstehen so Löcher, weil Bohr nur drei Valenzelektronen hat. Werden aber fünfwertige Phosphoratome eingesetzt entstehen zusätzliche Elektronen und damit beginnt der eigentliche Effekt der eine Solarzelle ausmacht.

Aufbau einer Solarzelle

Die Solarzelle besteht aus zwei aneinanderliegenden Siliziumschichten. Eine Siliziumschicht ist n-dotiert und die andere ist p-dotiert. Um einen Stromfluss gewährleisten zu können sind oberhalb metallernde Kontaktfinger aufgebracht. Unterhalb besitzt die Solarzelle ebenso einen metallerschen Kontakt damit später ein Stromfluss möglich ist. Ein Glasbezug schützt die emofindlichen Siliziumschichten und ist oberhalb aufgebracht. Wenn man sich die beiden siliiumschichten genauer ansieht, vor allem den Zwischenraum, hier besitzt die obere Schicht überschüssige Elektronen und die untereSchicht überschüssige Löcher.Die Elektronen die negativ geladen sind finden nun die Löcher die positiv geladen sind und verbinden sich mit diesen. An dieser Stelle baut sich ein elektrisches Feld auf, dass verhindert, das sich weitere Elektronen und Löcher in die andere Schicht begeben. Werden die beiden Schichten nun der Sonnenstrahlung ausgesetzt, produzieren die Protonen (kleine Lichtteilchen) zusätzliche Elektronenlochpaare in beiden Schichten. Wenn dies in der Näher des elektrischen Feldes passiert, werden die Löcher in die n-Schicht und die Elektronen in die p-Schicht gedrückt. Dies ruft ein Ungleichgewicht hervor da jetzt mehr Elektronen als Löcher im n-dotierten Bereich vorliegen. Diese fehlenden Löcher befinden sich im p-dotierten Bereich. Die Elektronen und die Löcher wollen sich verbinden, aber das elektrische Feld verhindert das. Verbindet man jetzt die beiden Schichten mit einem metallerschen Leiter (zum Beispiel ein Kabel), dann können die Elektronen zu den Löchern fließen. Dieser Elektronenfluss kann dann als Strom eine Lampe zum leuchten bringenoder in das Energienetz eingespeist werden. Solarzellen können auch auf dem Dach oder als Freilandanlagen auf dem Feld / Wiese installiert werden. Sobald Sonnenstrahlen auf die Solarzellen treffen liefern diese einen Gleichstrom, welcher in einem Wechselrichter zu Wechselstrom umgewandelt wird. Über den dahinter geschalteten Einspeisezähler wird der Wechselstrom direkt in das öffentliche Netz geleitet und vom Energieversorger vergütet. Es gibt aber auch noch viele weitere Möglichkeiten, wie Solarenergie genutzt werden kann, um so etwa 80% der anfallenden Energiekosten zu sparen und das alles noch umweltschonend.

Solarzelle Funktionsweise

Quelle: Wikipedia

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