Photoeffekt

Im Jahr 1839 entdeckte der franz√∂sische Physiker Alexandre Edmond Becquerel den Photoeffekt. Er stellte als erster in einem Versuch fest, dass zwischen zwei elektrolytischen Zellen, also Zellen, die Elektronen transportieren, ein vom Licht abh√§ngiger elektrischer Stromfluss stattfindet. Unter anderem forschte der ber√ľhmte deutsche Physiker Heinrich Hertz in den 1880er Jahren den Photoeffekt weiter. Sp√§ter griff Albert Einstein den Photoeffekt nochmals auf und bezog diesen in seinen Arbeiten an der Lichtquantentheorie ein. Ein Nebeneffekt dieser Theorie ist au√üerdem die Entdeckung des Welle-Teilchen-Dualismus, dass sich Licht sowohl wie eine Welle, als auch ein Teilchen verh√§lt.

Erst durch die Beschreibung dieses Ph√§nomens durch die Arbeit an der Lichtquantentheorie konnte dieses Verhalten elektrischer Ladungstr√§ger unter Lichteinfluss physikalisch beschrieben werden. Somit stellte Einstein fest, dass geladene Photonen (geladene Lichtteilchen) ihre Ladung wieder an andere Ladungstr√§ger, wie etwa Elektronen, abgeben k√∂nnen. Die Elektronen in der Solarzelle werden durch die Photonen in einen h√∂heren Energiezustand versetzt, sodass die Elektronen zu freien Ladungstr√§gern werden. Dieses Verhalten wird besonders in der Stromerzeugung durch Photovoltaikanlagen genutzt. Erstmalig genutzt wurden die Solartechnik in der Luft- und Raumfahrttechnik. Unter anderem konnten so Satelliten gebaut werden, die im Weltraum durch Sonneneinstrahlung eigenst√§ndig ben√∂tigten Strom erzeugten, somit auf eine unerw√ľnschte gro√üe Batterie verzichten konnten und Satelliten damit erst wirtschaftlich machten.

 




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Wird einem Halbleiter also Licht oder W√§rme zugef√ľhrt, wird er durch diese Energiezufuhr letztlich leitf√§hig. In einer Solarzelle finden sich zwei Halbleiterschichten des Halbmetalls Silizium, wobei die Schichten als positiver und negativer Pol f√ľr die Elektronen√ľbertragung dienen. Im √úbergangsbereich zwischen beiden Halbleiterschicht entsteht dann bei Lichteinfall ein elektrisches Feld wie es durch den Photoeffekt beschrieben von Einstein und Bequerel beschrieben wurde. Die so freigesetzten Ladungstr√§ger k√∂nnen dann zur Stromerzeugung genutzt werden, sofern ein Verbraucher an den Stromkreis angeschlossen ist. Bei diesem Prozess entsteht Gleichstrom mit relativ hoher Spannung, der jedoch erst durch einen Wechselrichter in ben√∂tigten Wechselstrom umgewandelt werden muss, da moderne Stromnetze und Haushaltsger√§te ausschlie√ülich mit Wechselstrom arbeiten.

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