Aufbau einer Solarzelle

Aus welchen Bestandteilen besteht eine Solarzelle und wie funktioniert sie?

Es gibt mitlerweile eine Fülle verschiedener Techniken, wie Solarzellen aufgebaut sind. Dennoch liegen ihnen grundsätzlich immer die gleichen Prinzipien zugrunde. Wir beschränken uns in diesem Zusammenhang darauf, nur die Grundlagen zu erläutern.

Aufbau: Ein vielschichtiges Sandwich Eine Solarzelle besteht immer aus drei Schichten. Die obere und die untere Schicht sind elektrisch leitend. Zwischen ihnen liegt eine nicht leitende Schicht, die sie voneinander trennt. Die beiden oberen Schichten werden möglichst dünn gehalten (siehe unten). In der technischen Herstellung werden auf die obere Schicht noch dünne Leiterbahnen eines gut leitenden Materials aufgebracht. Genauso wird unter die untere leitende Schicht noch eine weitere leitende Schicht aufgebracht. Beide zusätzlichen Leiter dienen dazu, den gewonnenen Strom abzutransporteren. Um die Solarzelle zu stabilisieren und zu schützen wird sie in der Regel auf einen Traäger aus Kunststoff aufgeklebt und unter eine Glasplatte gelegt, die zusätzlich entspiegelt wurde, damit möglichst viel Sonnenlicht ausgenutzt werden kann.

Funktionsweise: Lichtbilliard Die Funktionsweise einer Solarzelle ist grundsätzlich sehr einfach: Das Licht tritt durch die entspiegelte Scheibe und dringt in die eigentliche Solarzelle ein und trifft dabei auf Elektronen in der obersten Schicht. Diese werden wie Billiardkugeln angestoßen. Sind die zwei oberen Schichten dünn genug, treten die Elektronen durch die mittlere Schicht durch und landen in der unteren Schicht. Da in der oberen Schicht nun Elektronen fehlen, ist sie positiv geladen. Entsprechend wird die untere Schicht negativ geladen. Da die mittlere Schicht nicht leitend ist, können sich diese Ladungen nicht gegenseitig ausgleichen. Sie können über die zusätzlichen leitenden Schichten nun abgegriffen werden.

Weitere Informationen: Materialien
Die meisten Solarzellen werden aus sogenannten Halbleitern (Silizium oder Germanium) hergestellt, die zunächst nicht leitend sind. Diese werden durch ein Dotierung (="Hineingabe") genanntes Verfahren leitend gemacht. Es gibt p-Materialien, denen im Kristallgitter Elektronen fehlen und n-Materialien, die zu viele Elektronen im Kristallgitter haben. Fügt man diese Materialien zusammen, so entsteht zwischen ihnen eine dünne nicht leitende Schicht.
Man kann eine dünne Siliziumscheibe so mit den Dotierungsmaterialien bedampfen, dass sehr dünne dotierte Schichten entstehen. Durch geschickte Kombination mehrerer Dotierungen nacheinander entsteht so eine Solarzelle.

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