Halbleiter, festes oder flüssiges Material, das bei Raumtemperatur (umgangssprachlich ist die Raumtemperatur der Temperaturbereich, den Menschen für Innenräume bevorzugen, bei dem sich die Luft beim Tragen typischer Innenkleidung weder heiß noch kalt anfühlt), in der Lage ist, Strom etwas besser zu leiten als ein Isolator (Ein elektrischer Isolator ist ein Material, dessen innere elektrische Ladungen nicht frei fließen; sehr geringer elektrischer Strom fließt unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes durch ihn) aber schlechter als ein Metall. Metalle wie Kupfer (Kupfer ist ein chemisches Element mit Symbol Cu und Ordnungszahl 29) Silber und Aluminium sind ausgezeichnete Leiter, aber Isolatoren wie Diamant und Glas sind sehr schlechte Leiter. Bei niedrigen Temperaturen verhalten sich reine Halbleiter wie Isolatoren. Bei höheren Temperaturen oder unter Zugabe von Verunreinigungen (Dotierung) oder unter Lichteinfluss kann die Leitfähigkeit von Halbleitern erhöht werden. Die üblichen Halbleiter enthalten chemische Elemente und Verbindungen wie Silizium, Germanium (SiGe, oder Silizium-Germanium, ist eine Legierung mit beliebigem Molverhältnis von Silizium und Germanium, d.h. Selen, (Selen ist ein chemisches Element mit Symbol Se und Ordnungszahl 34) Galliumarsenid, Zinkselenid (Zinkselenid ist eine hellgelbe, feste Verbindung aus Zink und Selen) und Bleitellurid. (Blei-Tellurid i
Halbleiter
Funktion der Solarzelle Um die Funktion einer Solarzelle richtig zu erklären, müssen wir an dieser Stelle
einige Einstellungen vornehmen.
Solarzellen bestehen aus Halbleitern. Halbleiter sind Stoffe, deren Leitfähigkeit durch Zufuhr von Energie in Form von Wärme oder Licht erhöht werden kann, z.B. Silizium (Si), Germanium (Germanium ist ein chemisches Element mit Symbol Ge und Ordnungszahl 32) (Ge) oder Cadmiumsulfid (Cadmiumsulfid ist die anorganische Verbindung mit der Formel CdS) (CdSO3). Doch wie kommt es, dass eine Substanz durch Energiezufuhr an Leitfähigkeit gewinnt?
Dies lässt sich am Beispiel von Silizium gut erklären. Im Kristallgitter dieses Elements hat jedes Atom vier unmittelbar benachbarte Atome. Eines der vier äußeren Elektronen des Si-Atoms befindet sich in jedem der vier benachbarten Bereiche. Da jedes der benachbarten Atome auch ein Außenatom für diese Nachbarregion bereitstellt, gibt es jeweils zwei Elektronen. Der Kristall wird durch die Gravitationskräfte der Elektronen im Nachbargebiet und im Atomkörper zusammengehalten.
Bei sehr niedrigen Temperaturen werden die Elektronen zwischen den Rümpfen gehalten. Wenn der Kristall erhitzt wird, beginnen die Elektronen zu schwingen und werden sozusagen aus ihren Bindungen”herausgeschüttelt”. Nach Anlegen einer Spannung werden die “schüttelfreien” Elektronen zum Pluspol gezogen und am Minuspol durch neue Elektronen au
Voraussetzungen für einen elektrischen Verdrahtungsprozess
Damit ein elektrischer Leitungsprozess in einem Material stattfinden kann, müssen in ihm frei bewegliche Ladungsträger (Ionen, Elektronen) vorhanden sein. Zusätzlich muss eine elektrische Spannung (elektrisches Feld) angelegt werden.
der elektrische Verdrahtungsvorgang
Wird eine elektrische Spannung an eine Substanz angelegt, d.h. sie wird einem elektrischen Feld ausgesetzt, werden die frei beweglichen Ladungsträger (Elektronen, Ionen) zur Bewegung angeregt. Die Ladungsträger bewegen sich zur Elektrode gegenüber ihrer Ladung. Ihre Bewegung ist gerichtet und somit fließt ein elektrischer Strom. Die Stromstärke ergibt sich aus der Summe der Stromstärken der negativen Ladungsträger und der positiven Ladungsträger.
Metalle
Frei bewegliche Ladungsträger stehen von Anfang an im Metall zur Verfügung. Diese frei beweglichen Ladungsträger sind die gespaltenen Außenelektronen der Atome, die in Metallen das Ionengitter bilden. Die Elektronen bewegen sich auf den positiven Pol zu (Anziehung), gleichzeitig fließen Elektronen aus dem negativen Pol (Freisetzung, weil Überschuss). Die Bewegung der Elektronen wird gelenkt und somit fließt ein Strom.
Flüssigkeiten
Bevor ein elektrischer Strom (Ein elektrischer Strom ist ein Fluss elektrischer Ladung) in einer Flüssigkeit fließt, müssen chemische Prozesse stattfinden. Durch Di
Ein Endoskop ist ein Instrument mit einer speziellen optischen Vorrichtung. Vom Ende des in den Körper eingesetzten Endoskops werden die Bilder über das Lichtleitkabel auf das andere Ende außerhalb der Körperöffnung übertragen. Um mit der Optik in das Innere des Körpers sehen zu können, muss eine Lichtquelle mit dem Endoskop eingesetzt werden. Dies geschieht über 1-2 Glasfaserbündel, durch deren Fasern das Licht durch Reflexion an den Faserwänden übertragen wird. Diese Lichtleiterbündel bestehen aus 3000-5000 ungeordneten Glasfasern. Halogen (Die Halogene oder Halogenelemente sind eine Gruppe im Periodensystem, die aus fünf chemisch verwandten Elementen besteht: Fluor, Chlor, Brom, Jod und Astat) oder Xenon (Xenon ist ein chemisches Element mit dem Symbol Xe und der Ordnungszahl 54) Kaltlichtlampen werden als Lichtquellen verwendet. Kühlgebläse und Hitzeschutzfilter verhindern die Wärmeübertragung auf das beleuchtete Gewebe. 2 verschiedene Arten von Endoskopen stehen zur Auswahl. Das flexible und das starre Endoskop. Die meisten Endoskope haben eine Biopsie (eine Biopsie ist ein medizinischer Test, der üblicherweise von einem Chirurgen, einem interventionellen Radiologen oder einem interventionellen Kardiologen durchgeführt wird, bei dem Probenzellen oder Gewebe zur Untersuchung entnommen werden, um das Vorhandensein oder das Ausmaß einer Krankheit zu bestimmen), die zur Aufnahme
Photovoltaik
1. Prinzipieller Aufbau und Funktion von photovoltaischen Energieversorgungssystemen
a) Aufbau einer Solarzelle
Halbleiter sind für die Nutzung des photovoltaischen Effekts am besten geeignet (Der photovoltaische Effekt ist die Erzeugung von Spannung oder elektrischem Strom in einem Material bei Lichteinwirkung und ist eine physikalische und chemische Eigenschaft/Phänomen). Halbleiter sind eine Mischung aus einem leitenden (Metall) und einem nichtleitenden (Isolator (Ein elektrischer Isolator ist ein Material, dessen innere elektrische Ladungen nicht frei fließen; unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes fließt sehr wenig elektrischer Strom durch ihn)) Material. In der Photovoltaik wird Silizium meist als Halbleiter eingesetzt. Durch selektives Einbringen von Fremdatomen (z.B. Bor (Bor ist ein chemisches Element mit dem Symbol B und der Ordnungszahl 5) oder Phosphor (Phosphor ist ein chemisches Element mit dem Symbol P und der Ordnungszahl 15) ) in das Kristallgitter des Siliziumkristalls, so entstehen im Siliziumwafer (A-Wafer) zwei Schichten mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, auch Scheibe oder Substrat genannt, ist eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial, wie z.B. kristallines Silizium, das in der Elektronik für die Herstellung von integrierten Schaltungen und in der Photovoltaik für konventionelle, waferbasierte Solarzellen verwendet wird. Die
Photovoltaik (Photovoltaik ist ein Begriff, der die Umwandlung von Licht in Elektrizität mit Hilfe von Halbleitermaterialien, die den photovoltaischen Effekt aufweisen, ein Phänomen, das in der Physik, Photochemie und Elektrochemie studiert wird) beschäftigt sich mit der direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie durch den “photovoltaischen Effekt”, den Beqürel bereits 1839 entdeckt hat. Dieser photovoltaische Effekt basiert auf dem internen Fotoeffekt, bei dem die Elektronen das Material nicht wie beim in der Klasse diskutierten externen Fotoeffekt verlassen, sondern im bestrahlten Objekt verbleiben. Halbleiter wie Selen (Selen ist ein chemisches Element mit dem Symbol Se und der Ordnungszahl 34), aber auch Kupfer(I)oxid und Bleisulfid sind dafür besonders geeignet; heute wird hauptsächlich Silizium verwendet, da es im Sonnenspektrum sehr gut absorbiert, zudem ist es billig, reichlich vorhanden und kann auch die Ladungen in einer Solarzelle trennen.
Funktionsweise einer Solarzelle:
In der Solarzelle wird zunächst ein Teil der eingestrahlten Photonenenergie in elektrische Energie umgewandelt und dann mit Hilfe von Ladungsträgern geeigneter Schnittstellen getrennt.
1. Absorption von Photonen:
Elektronen können nur bestimmte Energiezustände besetzen, die sogenannten “diskreten Energieniveaus” oder Energiebänder. Trifft ein Photon mit ausreichender Energie E= hf auf ein Elektron im Valenzband (die ober
Neben Leitern und Isolatoren gibt es eine dritte Gruppe von Stoffen, die unter bestimmten Bedingungen leiten oder nicht leiten:
Halbleiter, z.B. Germanium (Germanium ist ein chemisches Element mit Symbol Ge und Ordnungszahl 32), Silizium (Silizium ist ein chemisches Element mit Symbol Si und Ordnungszahl 14) oder Kohlenstoff. Sie alle haben 4 Valenzelektronen (in der Chemie ist ein Valenzelektron ein Elektron, das mit einem Atom assoziiert ist und an der Bildung einer chemischen Bindung teilnehmen kann; in einer einzigen kovalenten Bindung tragen beide Atome in der Bindung ein Valenzelektron bei, um ein gemeinsames Paar zu bilden) und sind im reinen Zustand nicht leitend, weil sie ein Kristallgitter bilden. Bei Verunreinigung werden sie jedoch schnell leitfähig (p-leitend oder n-leitend, je nach Dotierung). Durch die Kombination von n- und p-leitenden Halbleitern (Halbleiter sind kristalline oder amorphe Festkörper mit ausgeprägten elektrischen Eigenschaften) können viele Bauelemente der Elektrotechnik (Elektrotechnik ist ein Gebiet der Technik, das sich in der Regel mit der Erforschung und Anwendung von Elektrizität, Elektronik und Elektromagnetismus beschäftigt) gebildet werden:
Die Diode
Die Diode ist das einfachste Halbleiterbauelement (Halbleiterbauelemente sind elektronische Bauelemente, die die elektronischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien, haupt