Читать книгу Photovoltaik & Batteriespeicher - Wolfgang Schröder - Страница 11

Im Grenzbereich der beiden zuvor beschriebenen Schichten, in der sogenannten Raumladungszone zwischen oberer (negativer) und unterer (positiver) Schicht, binden sich die freien überschüssigen Elektronen der Elektronenspender (aus dem Phosphor) locker an die freien Fehlstellen aus der unteren Schicht. Man kann es vereinfacht auch als einen „schwebenden Zustand“ betrachten. Die Elektronen besetzen die Fehlstellen im sogenannten Valenzband und bilden elektrisch eine neutrale Zone, den „p-n-Übergang“.

Da nun oben Elektronenüberschuss und unten Elektronenfehlstellen herrschen, bildet sich zwischen der oberen und unteren Kontaktfläche ein ständig vorhandenes elektrisches Feld, da die Elektronen und Fehlstellen einen natürlichen Ausgleich suchen.

Trifft Licht auf die Solarzelle, schlagen die Lichtteilchen mit ihrer Energie dabei die Elektronen aus ihren Bindungen heraus, die dann als frei bewegliche Teilchen in der Zelle verfügbar sind. Damit werden die Elektronen in das Leitungsband gehoben, wo sie frei verfügbar sind.

Viele dieser freien Ladungsträger (Elektronenlochpaare) verschwinden nach kurzer Zeit durch Rekombination wieder, das heißt die freien Elektronen fallen wieder in die Elektronenlöcher, wenn etwa die Photonenenergie nicht stark genug ist. Einige Ladungsträger driften jedoch zu den feinen Kontakten (Frontkontakten) an der Oberseite der Zelle, das heißt, die Elektronen werden von den Löchern getrennt und driften nach oben, die Löcher hingegen nach unten. Somit entsteht elektrische Spannung, solange weitere Photonen aus dem Lichteinfall ständig freie Ladungsträger erzeugen. Die hierbei messbare elektrische Spannung liegt bei einer Solarzelle bei etwa 0,5 bis 0,7 Volt.

Schaltet man nun einen Verbraucher dazwischen, zum Beispiel eine kleine Lampe, fließen die Elektronen durch den „äußeren Stromkreis“ über diesen Verbraucher zur unteren Kontaktfläche der Zelle und rekombinieren dort mit den zurückgelassenen Löchern. Der weitere Lichteinfall führt zur Aufrechterhaltung des Elektronenkreislaufes und somit zur Erzeugung elektrischer Energie (= Stromfluss).