Was sind photoelektrische Zellen genau?

Das Prinzip der Photozelle beruht darauf, daß bestimmte Materialien bei der Aufnahme von Licht Elektronen frei­setzen, welche sich bei einem Spannungsgefälle in gleicher Richtung bewegen und dadurch einen Gleichstrom erzeugen. Der Strom von Lichtteilchen (Photonen) geht auf die Zelle nieder, die mit einer Antireflexschicht überzogen ist, damit möglichst wenige Teilchen zurückgespiegelt werden. Die Mehrzahl der Photonen geben ihre Energie an die Atome der Siliziumscheibe ab, wobei Elektronen freigeschlagen werden. Dadurch entsteht in der Atomhülle jeweils ein Loch, das wiederum von einem freien Elektron ausgefüllt wird. Die obere der beiden Zellenschichten ist z.B. durch Zusatz von Phosphor-Atomen negativ dotiert, wodurch die Silizium-Schicht einen Überschuß an Elektronen erhält. Die untere Schicht ist z.B. durch Bor-Atome positiv dotiert und hat dadurch einen Überschuß an Löchern. Zwischen den Schichten baut sich somit ein Spannungsfeld auf, das die Richtung der Elektronen definiert. Über ein Metallgitter an der Sonnenseite werden die Elektronen dann als elektrischer Strom abgenommen – und kehren zu einer dünnen Metallschicht an der Schattenseite, d.h. zu dem Plus-Pol zurück.

Photovoltaik – Die Solarzelle:

Solarzellen sind aktive Halbleiterelemente, die Sonnenstrahlung direkt in elektrische Energie umwandeln. Man nennt diese auch Photovoltaische oder photoelektrische Zellen.

Das Sonnenlicht besteht aus Photonen. Die Solarzelle dient dazu diese einzufangen. Wird nun ein Siliziumatom von einem Photon getroffen, so reißt dies Elektronen aus ihrer Bahn. Dadurch wird in der Photovoltaikzelle elektrische Spannung hervorgerufen. Da diese Spannung bzw. dieser Strom meist nicht ausreicht, werden mehrere Solarzellen zu größeren Einheiten, so genannten Modulen, zusammengefasst. Mehrere Module ergeben wiederum ein Paneel. Dabei werden die Zellen, je nach dem ob man höhere Ströme bzw. höhere Spannungen haben möchte, parallel oder in Reihe geschaltet.

Heute gibt es drei Arten von Solarzellen, die für eine Serienproduktion reif sind:

1. Monokristalline Solarzellen:

Diese werden aus monokristallinem, d.h. hochreinem Silizium hergestellt. Das Silizium wird mittels diverser Prozesse in eine hochreine Form gebracht und dann dosiert verunreinigt, d.h. dotiert.

Monokristalline Solarzellen haben zwar den höchsten Wirkungsgrad von 14 bis 17 %, sind aber vergleichsweise teuer herzustellen.

2. Polykristalline Solarzellen:

Diese sind preiswerter als die Zellen aus hochreinem Silizium herzustellen, haben dafür aber einen

geringeren Wirkungsgrad von 13 bis 15 %.

3. Amorphe Solarzellen

Amorphe Solarzellen, auch Dünnschichtzellen genannt, entstehen durch das Aufbringen von sehr dünnen Siliziumschichten auf ein anderes Material, meist auf Glas. Die Schichten sind weniger als ein fünfzigstel so dick wie ein menschliches Haar. Die Produktionskosten sind vergleichsweise gering, die Wirkungsgrade erreichen nur 5 bis 7, im Labor sind allerdings schon etwa die doppelten Werte erzielbar.

Die Lebensdauer von Solarzellen dürfte bei ca. 30 Jahren liegen. Schon nach 2 bis 4 Jahren amortisiert sich eine PV-Anlage energetisch. Das Vorurteil, dass für die Produktion von Solaranlagen mehr Energie aufgewendet werden muss als später daraus erlöst wird, stimmt heute nicht mehr.