Halbleiter in der Photovoltaik

Halbleiter in der Photovoltaik zählen zu den Werkstoffen, die unter bestimmten Voraussetzungen elektrischen Strom hervorragend leiten oder seine Wirkung wie ein Isolator entfachen. Die Leitfähigkeit ist von der Temperatur, von der Stromspannung und vom Halbleitermaterial selbst abhängig. Elektroingenieure nutzen in Solarzellen die besonderen Charakteristiken von Halbleiter in der Photovoltaik, um aus Sonnenlicht unverzüglich elektrischen Strom zu erlangen.

Halbleiter in der Photovoltaik, bzw. genauer genommen in Solarzellen, werden insbesondere wegen zwei Charakteristiken eingesetzt. In halbleitenden Materialien kann die Energie des Sonnenlichts frei agile Ladungsträger produzieren. Dieser Vorgang wird als Photoeffekt bezeichnet und bietet die Grundbasis , damit Licht in der Solarzelle zu elektrischem Strom erzeugt wird. Andererseits haben Halbleiter in der Photovoltaik die Charakteristik, durch den Einbau fremder Elemente aus dem chemischen Bereich die elektrische Leitfähigkeit zu beeinflussen. Diese Dotierung nutzen Ingenieure, um mit Hilfestellung zweier unterschiedlicher dotierter Schichten im Inneren einer Solarzelle ein elektrisches Feld zu erzeugen. Der sichere Transport der vom Licht erzeugten freien Ladungsträger zu den jeweiligen metallischen Kontakten der Zellen wird als Raumladungszone bezeichnet. Dort stehen sie als elektrische Spannung zur Verfügung. Nachdem mit einem Verbraucher der Stromkreis geschlossen wurde, kann er als Solarstrom fließen.

Als bekannte Halbleitermaterialien zählen u.a. Germanium oder Silicium. Halbleitereigenschaften besitzen auch Cadmiumsulfid, Galliumarsenid oder Zinkselenid. Sie sind entscheidend für die Nutzung der Halbleiter in der Photovoltaik. Eine erhöhte Leitfähigkeit wird auch durch eine absichtliche „Kontaminierung“ der Halbleiter erreicht. Bei diesem Vorgang werden geringe Atome des Halbleiters durch ein Fremdatom ausgetauscht.

Bei einer Kombination von p- und n-leitende Halbleiter bildet sich an p-n-Übergang eine abgrenzende Schicht. Das Bauteil wird Diode genannt. Elektronen bewegen sich dort zu den einzelnen beiden Schichten und dadurch wird hier eine Spannung erzeugt. Die Leitfähigkeit am p-n-Übergang nimmt durch den photoelekrischen Effekt zu, wenn es dort auf Licht trifft. Bei diesem Vorgang bilden sich noch weitere Elektronen-Loch-Paare. Prinzipiell sind Solarzellen voluminöse Photodioden.

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