SolarCellWithFigures W3C

Autor/Urheber:

Michael32710

Shortlink:

https://www.dewiki.de/b/44905

Quelle:

Wikimedia Commons

Größe:

800 x 600 Pixel (31351 Bytes)

Beschreibung:

Funktionsprinzip einer Silizium-Solarzelle in einer Photovoltaik-Anlage. Silizium ist ein Halbleiter. Die Besonderheit von Halbleitern ist, dass durch zugeführte Energie (z. B. elektromagnetische Strahlung) in ihnen freie Ladungsträger erzeugt werden können.^[1] (Ideen zur Grafik inspiriert nach der Beschreibung von Lewerenz, Jungblut 1995^[2])

(1) Die obere Siliziumschicht ist mit Elektronenspendern (z.B. Phosphoratomen) durchsetzt – negativ dotiert. Hier gibt es zu viele Elektronen (n-Schicht).

(2) Die untere Siliziumschicht ist mit Elektronen-Akzeptoren (z.B. Boratomen) durchsetzt – positiv dotiert. Hier gibt es zu wenige Elektronen, also zu viele Fehlstellen oder Löcher (p-Schicht).

(3) Im Grenzbereich der beiden Schichten binden sich die überschüssigen Elektronen der Elektronenspender locker an die Fehlstellen der Elektronen-Akzeptoren (sie besetzen die Fehlstellen im Valenzband) und bilden eine neutrale Zone (p-n-Übergang).

(4) Da nun oben Elektronen- und unten Fehlstellenmangel herrscht, bildet sich zwischen der oberen und unteren Kontaktfläche ein ständig vorhandenes elektrisches Feld.

(5) Photonen (Lichtquanten, „Sonnenstrahlen“) gelangen in die Übergangsschicht.

(6) Photonen mit ausreichender Energiemenge übertragen in der neutralen Zone ihre Energie an die locker gebundenen Elektronen im Valenzband der Elektronen-Akzeptoren. Das löst diese Elektronen aus ihrer Bindung und hebt sie als freie Ladungsträger ins Leitungsband. Viele dieser freien Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) verschwinden nach kurzer Zeit durch Rekombination wieder. Einige Ladungsträger driften – bewegt vom elektrischen Feld – zu den Kontakten in die gleichartig dotierten Zonen (s.o.); d. h. die Elektronen werden von den Löchern getrennt, die Elektronen driften nach oben, die Löcher nach unten. Eine Spannung und ein nutzbarer Strom entstehen, solange weitere Photonen ständig freie Ladungsträger erzeugen.

(7) Der „Elektronen“ -Strom fließt durch den „äußeren Stromkreis“ zur unteren Kontaktfläche der Zelle und rekombiniert dort mit den zurückgelassenen Löchern.

Lizenz:

CC BY-SA 4.0

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