Photovoltaik Stromerzeugung mit der Kraft der Sonne

Die Technologie kommt schon seit den 1950ern in der Raumfahrt zum Einsatz gekommen. Der zugrundeliegende photoelektrische Effekt wurde bereits 1899 von Phillip Lenard entdeckt und 1905 von niemandem geringeren als Albert Einstein erklärt, wofür er 1921 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde.

Von Sonnenlicht zu Elektrizität

Die einzelnen Solarzellen bestehen aus zwei Halbleiter-, konkret Siliziumschichten. Beide wurde mit unterschiedlichen Materialien verunreinigt, um je eine Schicht mit einem Elektronenüberschuss (n-dotiert) und eine mit einem Elektronenmangel oder Protonenüberschuss (p-dotiert) zu erhalten. Zwischen den beiden Schichten bildet sich ein Valenzband, in dem sich die Elektronen aus der n-dotierten Schicht locker an die Elektronenfehlstellen der p-dotierten Schicht binden und bilden dabei eine neutrale Zone – den p-n-Übergang.

Treffen Photonen, also Lichtpartikel, auf die Solarzelle, lösen sie die im Valenzband gebundenen Elektronen, die dann zu den Kontakten der n-dotierten Schicht fliessen. Weil in der p-dotierten Schicht gleichzeitig Fehlstellen entstehen, kommt es zu einer elektrischen Spannung zwischen den Kontakten der beiden Schichten und es entsteht ein nutzbarer Strom von der negativ zur positiv geladenen Schicht. Hier kommen die Elektronen und Elektronenfehlstellen wieder zusammen.

Durch die Parallelschaltung vieler Solarzellen addiert sich der Strom der einzelnen Zellen auf und wird so effektiv nutzbar. Um den entstehenden Gleichstrom dann in unseren Netzen nutzbar zu machen, muss er allerdings zunächst in einen Wechselrichter fliessen, um dort in Wechselstrom umgewandelt zu werden.

Doch «nur» Physik

Wie so oft ist was magisch wirkt, ausgefeilte Technik – so ist es auch wenn es um Photovoltaikanlagen geht. Ob aber selbst Albert Einstein sich vor hundert Jahren erträumen konnte, dass sich Solarzellen im frühen 21. Jahrhundert auf so vielen Dächern befinden werden, bleibt ein Rätsel – stolz wäre er wahrscheinlich.

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