Photoeffekt

Im Jahr 1839 entdeckte der französische 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 abhängiger elektrischer Stromfluss stattfindet. Unter anderem forschte der berühmte deutsche Physiker Heinrich Hertz in den 1880er Jahren den Photoeffekt weiter. Später griff Albert Einstein den Photoeffekt nochmals auf und bezog diesen in seinen Arbeiten an der Lichtquantentheorie ein. Ein Nebeneffekt dieser Theorie ist außerdem die Entdeckung des Welle-Teilchen-Dualismus, dass sich Licht sowohl wie eine Welle, als auch ein Teilchen verhält.

Erst durch die Beschreibung dieses Phänomens durch die Arbeit an der Lichtquantentheorie konnte dieses Verhalten elektrischer Ladungsträger unter Lichteinfluss physikalisch beschrieben werden. Somit stellte Einstein fest, dass geladene Photonen (geladene Lichtteilchen) ihre Ladung wieder an andere Ladungsträger, wie etwa Elektronen, abgeben können. Die Elektronen in der Solarzelle werden durch die Photonen in einen höheren Energiezustand versetzt, sodass die Elektronen zu freien Ladungsträgern 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 eigenständig benötigten Strom erzeugten, somit auf eine unerwünschte große Batterie verzichten konnten und Satelliten damit erst wirtschaftlich machten.

 

Wird einem Halbleiter also Licht oder Wärme zugeführt, wird er durch diese Energiezufuhr letztlich leitfähig. In einer Solarzelle finden sich zwei Halbleiterschichten des Halbmetalls Silizium, wobei die Schichten als positiver und negativer Pol für die Elektronenübertragung dienen. Im Übergangsbereich 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 Ladungsträger können 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 benötigten Wechselstrom umgewandelt werden muss, da moderne Stromnetze und Haushaltsgeräte ausschließlich mit Wechselstrom arbeiten.

Hi Five!
Danke!