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Green-Economy.de - Lexikon - Solarzellen
Green-Economy.de Umweltlexikon
Solarzellen
Solarzellen sind die kleinste Einheit einer solaren Stromversorgungsanlage.

Die Stromerzeugung der Solarzellen beruht auf dem fotovoltaischen Prinzip, da nur bei Energieeinstrahlung auf eine Solarzelle elektrische Ladungsträger freigesetzt werden.
Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien, die unter Zufuhr von Licht oder Wärme elektrisch leitfähig werden, wobei sie bei tieferen Temperatuten isolierend wirken.. Die Leitfähigkeit von reinen Halbleitermaterialien lässt sich durch die gezielte Verunreinigung mit geringen Mengen anderen Materials, chemischen Elementen, verbessern. Hierbei werden Fremdatome in das Grundmaterial dotiert und es kommt zu einer grundlegenden Änderung der elektrischen Eigenschaften, mit denen man entweder einen positiven Ladungsträgerüberschuss (p-leitende Halbleiterschicht) oder einen negativen Ladungsträgerüberschuss (n-leitende Halbleiterschicht) im Halbleitermaterial erzielen kann.

Ein Siliziumatom weist in der äußeren Elektronenschale vier Bindungselektronen auf, verwendet man zur Dotierung fünfwertige Atome wie zum Beispiel Phosphor, entsteht ein zusätzliches, bewegliches Elektron. Derartig veränderte Halbleiter nennt man n-Halbleiter, da ihre elektronische Leitfähigkeit vorwiegend von den negativ geladenen Elektronen herrührt. Wird der Halbleiter hingegen mit einem dreiwertigen Atom wie zum Beispiel Bor dotiert, entsteht im Kristallgitter ein Elektronendefizit. Diese, durch die Dotierung positiven beweglichen Ladungsträger nennt man p-Halbleiter. Werden zwei unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten gebildet, entsteht an der Grenzschicht ein sogenannter p-n-Übergang, an dem sich ein inneres elektrisches Feld aufbaut, das zu einer Ladungstrennung der bei Lichteinfall freigesetzten Ladungsträger führt, es entsteht ein Elektronenfluss und somit eine Spannung. Fällt Sonnenlicht auf das veränderte Material, werden Elektronen von der einen auf die andere Seite gezwungen, die Elektronen versuchen ihr Gleichgewicht zu erzielen, d.h. auf jeder Seite 4 Elektronen. Da Silizium 4 Elektronen hat, dient es als Transmitter.

Über Metallkontakte kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Da die Vorderseite lichtdurchlässig bleiben muss, kann der Kontakt hier nur in Form von einzelnen Streifen aufgebracht werden. Auf der Rückseite erfolgt die Stromabnahme über eine dünne Metallschicht. Wird hier nun ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, bzw. der äußere Kreis geschlossen, fließt ein technisch nutzbarer Gleichstrom, aus Licht wird Strom. Dieser Vorgang ist dauerhaft und bedeutet, dass die Elektronen in einem nie endenden Kreislauf fließen. Die Solarzelle wird also nicht aufgebraucht und ist nahezu unerschöpflich.

Die Stromstärke ist abhängig vom Lichteinfall, dem Typ des verwendeten Zellentyps und dem angeschlossenen Verbraucher. Eine Solarzelle mit 100 cm² Fläche liefert bei voller Sonneneinstrahlung ca. 1,5 Watt. Um höhere Spannungen zu erzeugen, werden einzelne Solarzellen in Solarmodulen elektrisch in Reihe geschaltet. Die verdrahteten Solarzellen sind in eine transparente wetterfeste Kunststoffmasse eingebettet und auf der Vorderseite mit hagelfestem Glas versehen.

Die in der Praxis gebräuchlichsten Solarzellen bestehen aus kristallinem Silizium, welches den Vorteil bietet, dass es als zweithäufigstes Element der Erdrinde in ausreichenden Mengen vorhanden ist und die Verarbeitung sich als umweltverträglich herausgestellt hat.
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