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
Photovoltaik
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
der Mensch in den hochindustrialisierten Ländern hat in den letzten Jahren begonnen, seine Einstellung zur Umwelt, zu Rohstoffen und Energiereserven zu ändern. Die größte Bedrohung für die Zukunft der Menschheit ist unsere falsche, umweltzerstörerische Energiepolitik. Statt umweltfreundliche Energie aus Sonne, Wind, Wasser und Biomasse zu erzeugen, nutzen wir umweltschädliche Energiequellen. Mit Öl, Gas und Kohle schaffen wir ein feindliches Treibhausklima. Von diesem Problem, belastet durch die steigenden Energiekosten und Risiken in der Kernenergie, versuchen verantwortungsbewusste Techniker, Energie sparsamer zu nutzen und die verfügbaren Energieressourcen effektiver zu nutzen. Seit einigen Jahren unternimmt Europa besondere Anstrengungen, um die Solarenergie zurückzugewinnen und zu recyceln. Doch Ingenieure, die moderne Technik beherrschen, werden immer häufiger mit der Technologie der Solarenergienutzung, der “HELIOTECHNIK”, konfrontiert: Durch ihre Nutzung werden keine Emissionen in die Umwelt emittiert, die unsere Gesundheit schädigen und unser Klima weltweit bedrohen. Es gibt auch kein Entsorgungsproblem, wie bei Uran (Uran ist ein chemisches Element mit dem Symbol U und der Ordnungszahl 92), zum Beispiel.
Die Sonne hat eine Struktur und Eigenschaften, die den Energietyp bestimmen, den die Sonne in den Raum abstrahlt. Während der Kernfusion (In der Kernphy
[Weiterlesen…] ÜberAlternative Energiequelle zur Kernenergie: Die Sonne?