Video: Wie funktioniert eine Solarzelle?
Photovoltaikanlagen bestehen aus vielen Solarzellen. Sie sind für das Umwandeln der Sonnenstrahlung in elektrische Energie zuständig. Diese Energie kommt durch ein elektrisches Feld in der aus Silizium bestehenden Solarzelle zustande.
Mit Photovoltaik Solarstrom gewinnen
Die Sonne liefert nicht nur Licht, sondern auch Energie. Im Inneren der Sonne findet bei 15 Millionen Grad fortlaufend Kernfusion statt. Bei diesem Vorgang wird sehr viel Energie frei, die auf der Erde als Strahlung ankommt. Die starke Sonnenstrahlung macht man sich zu Nutze, um kostenlosen Strom zu generieren. Dies geschieht mit Hilfe von Photovoltaik-Anlagen. Solarmodule sind beispielsweise häufig auf Dächern oder an Fassaden angebracht. Auf brachliegenden Feldern stehen manchmal sogar ganze Solarparks. Die einzelnen Module bestehen aus vielen Solarzellen. Nur mit ihnen lässt sich Solarstrom erzeugen.
Solarzelle: Drei Schichten Silizium
Doch was genau passiert in einer Solarzelle? Solarzellen bestehen aus einem Kristallgitter aus Siliziumatomen. Silizium wird aus Quarzsand gewonnen und ist ein Halbleiter. Ein Halbleiter hat die Eigenschaft, besser zu leiten, sobald Energie zugeführt wird. Eine Solarzelle besteht aus drei Schichten Silizium. In die obere Schicht, in der Fachsprache n-Schicht, wird Phosphor eingemischt, in die untere p-Schicht das Element Bor. In der n-Schicht sind zu viele Elektronen, in der p-Schicht zu wenige. Von der n-Schicht wandern Elektronen in die p-Schicht und besetzen freie Stellen im Bor-Silizium, sogenannte „Löcher“. Es entsteht eine so genannte Grenzschicht. Durch das Ungleichgewicht wird ein elektrisches Feld in der Solarzelle erzeugt: die n-Schicht ist positiv geladen, die p-Schicht negativ.
„Löcher“ und Elektronen: Spannung in der Solarzelle
Jetzt kommt das Licht ins Spiel: Tritt Sonnenlicht in eine Solarzelle ein, lösen sich Elektronen von den Atomen in der Grenzschicht ab. Dadurch entstehen neue „Löcher“ auf den Atomschalen. Diese werden mit Elektronen aus der Umgebung wieder aufgefüllt. Die freien Elektronen wandern zur positiven Seite der Grenzschicht nach oben, die „Löcher“ bewegen sich zur negativ geladenen Unterseite. Dadurch entsteht ein starkes Ungleichgewicht an Elektronen in der Solarzelle, die eine elektrische Spannung erzeugt. Verbindet man die Metallkontakte oben und unten an der Solarzelle mit einem Kabel, entsteht elektrischer Strom. Solarzellen können nicht die komplette einfallende Sonnenenergie in Strom umwandeln, aber doch rund 20 Prozent.