Thema 6: Es werde Licht: Von Erderwärmung bis Solarenergie - Lösungen

(A) Aufbau und Funktionsweise einer Solarzelle

Eine Solarzelle besteht aus n- und p-dotierten Halbleitern, der n-Schicht und dem p-Substrat. Die n-dotierte Schicht entsteht bei der klassischen Siliziumzelle durch das Einbringen weniger 5-wertiger Phosphoratome in das 4-wertige Silizium. Die p-Dotierung erfolgt durch das Einbringen weniger 3-wertiger Boratome in das Silizium. Die Grenzschicht wird als p/n-Übergang bezeichnet. Im p/n-Übergang befindet sich der Bereich der Raumladungszone, in dem sich Ladungen mit Mangel und Überschuss an Ladungsträgern gegenüberstehen.

An der Grenzschicht diffundieren die frei beweglichen „Löcher“ der p-Schicht in die n-Schicht und die frei beweglichen Elektronen der n-Schicht in die p-Schicht. Durch diese Verschiebung hat das n-Gebiet positive, das p-Gebiet negative Raumladung.

Treffen nun Photonen des Lichtes auf die Solarzelle so können sich Elektronen aus den Atomen lösen (innerer photoelektrischer Effekt). Es kann zu einer dauerhaften Ablösung des Elektrons kommen. Das negative Elektron bewegt sich zur positiven Raumladung in der n-Schicht und das Loch zur negativen Raumladung im p-Substrat. Diese Ladungstrennung führt zu einer Spannung, die an den Metallkontakten abgreifbar ist.

(B)   Vor- und Nachteile von Solaranlagen