Die Solarzelle – Aufbau, Arten und Funktion

Die Solarzelle, auch bekannt als Photovoltaikzelle, ist eine Technologie, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandelt und somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Stromquelle darstellt. Diese findet sich in den Solarmodulen einer Photovoltaikanlage wieder.

Definition einer Solarzelle

Eine Solarzelle, auch Photovoltaikzelle genannt, ist ein elektronisches Bauelement, das in der Lage ist, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Sie ist die grundlegende Baueinheit von Photovoltaikanlagen und besteht in der Regel aus einem Halbleitermaterial, das typischerweise Silizium verwendet. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, erzeugt es einen elektrischen Strom, indem es Elektronen im Halbleitermaterial anregt und sie in Bewegung setzt.

Die Solarzelle besteht aus mehreren Schichten, die speziell entwickelt sind, um den Effekt der Photovoltaik zu maximieren. Die wichtigste Schicht ist die aktive Schicht, in der die eigentliche Photovoltaik Reaktion stattfindet. Diese Schicht besteht aus einem Halbleitermaterial, das Elektronen freisetzt, wenn es von Photonen (Lichtteilchen) getroffen wird.

Mehrere Solarzellen werden elektrisch miteinander verbunden und in einem Gehäuse geschützt, um ein Photovoltaikmodul zu bilden. Die Module werden dann auf Dächern, Freiflächen oder anderen geeigneten Standorten installiert, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln und Strom zu erzeugen.

Funktion einer Solarzelle

Die Funktion einer Solarzelle beruht auf dem sogenannten photovoltaischen Effekt, der die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie ermöglicht. Die grundlegende Funktionsweise einer Solarzelle lässt sich wie folgt beschreiben:

1.    Absorption von Licht

Die Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial, in der Regel Silizium. Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, wird ein Teil des Lichts von der Oberfläche der Zelle absorbiert.

2.    Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren

Durch die Absorption von Licht wird die Energie der Photonen auf die Elektronen im Halbleitermaterial übertragen. Dadurch werden Elektron-Loch-Paare erzeugt, bei denen ein Elektron aus dem Valenzband herausgelöst wird und ins Leitungsband springt, wodurch ein freies Elektron und ein Loch entstehen.

3.    Trennung der Ladungen

Aufgrund der inneren Struktur der Solarzelle mit p- und n-dotierten Schichten werden die erzeugten Elektron-Loch-Paare voneinander getrennt. Die Elektronen werden zur n-dotierten Schicht gezogen, während die Löcher zur p-dotierten Schicht wandern.

4.    Erzeugung eines elektrischen Stroms

Durch die Trennung der Ladungen entsteht eine Potentialdifferenz, also eine Spannung zwischen der p- und n-dotierten Schicht. Wenn ein externer elektrischer Leiter an die beiden Schichten angeschlossen wird, fließt ein elektrischer Strom, da sich die Elektronen entlang des Leiters von der n-dotierten zur p-dotierten Schicht bewegen.

5.    Nutzung des erzeugten Stroms

Der erzeugte elektrische Strom kann zur Versorgung von elektrischen Geräten, zur Ladung von Batterien oder zur Einspeisung in das öffentliche Stromnetz verwendet werden.
Diese Prozesse finden kontinuierlich statt, solange Sonnenlicht auf die Solarzelle fällt. Durch die Kombination mehrerer Solarzellen zu Modulen kann die Gesamtleistung erhöht werden, um den Bedarf an elektrischer Energie zu decken.

Aufbau der Solarzelle

Eine Solarzelle, auch Photovoltaikzelle genannt, besteht aus mehreren Schichten und Bauelementen, die zusammenarbeiten, um Sonnenlicht in elektrische Energie umzuwandeln. Dabei umfasst der Aufbau einer Solarzelle folgende Elemente:

• Substrat
• Rückkontakt
• Absorberschicht
• Vorderkontakt
• Antireflexionsbeschichtung

Zusätzlich zu diesen Hauptkomponenten können weitere Schichten und Schutzmaterialien in Solarzellen integriert sein, um die Leistung, Haltbarkeit und Zuverlässigkeit zu optimieren. Es ist wichtig zu beachten, dass der genaue Aufbau einer Solarzelle je nach Art, Hersteller und Technologie variieren kann.

Häufig gestellte Fragen zu Solarzellen