Was sind Photovoltaikzellen?

Photovoltaikzellen sind Geräte, die Strom direkt aus Sonnenlicht erzeugen. Viele Photovoltaikzellen bilden zusammen eine Solaranlage oder ein Solarpanel. Diese Zellen wandeln Licht in Elektrizität um, indem sie die Energie nutzen, die entsteht, wenn Photonen aus dem Sonnenlicht die Elektronen in der Zelle selbst in einen höheren Energiezustand versetzen. Photovoltaikzellen bestehen aus geschichteten Materialien, die zwei Arten von Silizium, eine Antireflexionsbeschichtung und eine Glasabdeckung enthalten. Die Technologie zur Herstellung von Sonnenkollektoren schreitet weiter voran und könnte eines Tages im Wesentlichen kostenlose Energie für Haushalte und Unternehmen liefern.

Einer der wichtigsten Bestandteile einer Photovoltaikzelle ist das als Halbleiter verwendete Material. Silizium ist der am häufigsten verwendete Halbleiter. Für bestimmte Anwendungen stehen jedoch auch andere Optionen zur Verfügung, die kostengünstiger als Silizium sein können. Wenn Licht auf den Halbleiter trifft, wird ein Teil der Lichtenergie absorbiert, wodurch Elektronen freigesetzt werden. Der dabei entstehende elektrische Strom kann als Strom verwendet werden und wird von den Metallkontaktgittern auf der Ober- und Unterseite der Solarzellen gesammelt.

Silizium an sich ist kein sehr guter Stromleiter. Um in einer Solarzelle verwendet zu werden, muss Silizium mit anderen Elementen modifiziert oder "dotiert" werden. Phosphor und Bor sind die Elemente der Wahl für diesen Zweck. Eine mit Phosphor dotierte Siliziumschicht kann die Tatsache ausnutzen, dass das letztere Element nur ein Elektron in seiner äußersten Elektronenhülle aufweist. Dies ist das Elektron, das durch Lichtenergie abgeschlagen werden kann.

In der anderen Schicht haben die Boratome nur drei Elektronen in ihrer äußeren Hülle anstelle von vier, die Silizium hat. Dies schafft einen Punkt, zu dem die zusätzlichen Elektronen gehen können, und diese Bewegung der Elektronen macht den elektrischen Strom aus. Die beiden Siliziumschichten haben auch entgegengesetzte Ladungen, was die Spannung liefert.

Siliziumkristalle sind ein natürlich reflektierendes Material. Wenn sie in Photovoltaikzellen verwendet werden, müssen sie mit einer Antireflexionsbeschichtung versehen sein, da sonst der größte Teil der Sonnenenergie, die auf das Panel trifft, reflektiert wird, ohne Strom zu produzieren. Die Antireflexbeschichtung ist der größte Faktor, der die Effizienz eines ordnungsgemäß konstruierten Solarmoduls beeinflusst. Selbst mit dieser Beschichtung kann jedoch nur eine relativ geringe Lichtmenge zur Stromerzeugung verwendet werden. Mit fortschreitender Technologie werden Photovoltaikzellen wahrscheinlich effizienter und praktischer für den alltäglichen Gebrauch in Privathaushalten und in der Industrie.