Funktionsprinzip einer Solarzelle

Grundprinzip - PhotoVoltaischer Effekt

Die PhotoVoltaik beschreibt das Prinzip der direkten Umwandlung von Lichtenergie in elektrischen Strom. Zur Herstellung der Solarzellen werden so genannte Halbleiter verwendet, welche die Eigenschaft besitzen, bei Lichtzufuhr freie Ladungsträger zu erzeugen (PhotoVoltaischer Effekt).
Die im Licht enthaltene Energie trifft in der Zelle auf Elektronen (negative Ladungsträger) und befreit diese aus dem gebundenen Zustand. Dadurch werden sie frei beweglich.

Spannungserzeugung durch Halbleiter-Dotierung

Doch um eine Spannung erzeugen zu können, müssen positive von negativen Ladungen getrennt werden. Dazu wird der Halbleiter zweischichtig mit Fremdatomen versehen (Dotierung).
Die Rückseite einer Zelle ist p-dotiert, was einen Mangel an Elektronen zur Folge hat. Die Vorderseite hingegen wird n-dotiert, was einen Überschuss an Elektronen verursacht. Am Grenzübergang zwischen p- und n-dotierter Schicht entsteht die Raumladungszone (p-n-Übergang), in der durch physikalische Prozesse ein elektrisches Feld entsteht. Dieses übt eine Kraft auf geladene Teilchen aus. Trifft nun Licht auf die Zelle, so werden Elektronen frei und durch das elektrische Feld zur Vorderseite der Zelle beschleunigt. Als Loch bezeichnet man die Stellen im Atomgitter, an denen die Elektronen gesessen haben. Diese positiv geladenen Elektronenfehlstellen werden durch das elektrische Feld indirekt zur Rückseite der Zelle beschleunigt. Damit ist die Ladungstrennung gewährleistet und die entstandene Spannung kann über die Front- und Rückseitenkontakte entnommen und an einen Verbraucher (z.B. Energiesparlampe) angeschlossen werden.