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