Wie ist eine Solarzelle aufgebaut? - Wissenswertes zur Solarenergie

Funktionsweise der Solarzelle

• Wissenswert ist für Sie zunächst, dass Solarzellen sich den photovoltaischen Effekt zunutze machen. Die Zellen sind aus behandelten Halbleitermaterialien aufgebaut, wobei sie Licht, das in bestimmten Wellenlängen auftritt, zu Energie umwandeln können.
• Das beliebteste Material für diesen Prozess ist hochreines Silizium. In einer Solarzelle finden Sie dieses als Wafern wieder, wobei jene Wafern schließlich als Halbleitermaterial fungieren. Oben werden die Wafern mit Phosphoratomen angereichert, während sie unten mit Boratomen verstärkt werden, sodass in ihrer Mitte ein elektrisches Feld auftritt.
• Bei Bestrahlung bilden sich so freie Ladungsträgerpaare. Weil im Inneren der Solarzellen ein elektrisches Feld besteht, trennen sich jene Ladungsträgerpaare nun, wobei die negativen Teilchen nach oben wandern, während sich die positiven Elemente unten sammeln. Das Resultat ist eine Gleichspannung zwischen oberer und unterer Fläche der Solarzellen.

So ist die Zelle aufgebaut

• Wie Sie nun bereits wissen, ist die klassische Solarzelle aus Silizium aufgebaut. Genauer setzt sie sich aus einer 0,001 mm dicken n-Schicht zusammen, die sich inmitten der p-leitenden, 0,6 mm dicken Si-Substrat befindet, welche die Zelle stabilisieren soll. Zwischen n-Schicht und p-leitendem Si-Substrat liegt die Grenzschicht der Zelle, welche bei Lichteinfall von Ladung passiert werden kann.
• Sie werden es schon einmal gehört haben: Die Solarzelle kann nur funktionieren, weil ihre 2 Schichten verschieden dotiert werden. Vereinfacht heißt das, dass nahe der Zellenoberfläche ca. 10¹⁹ Phosphor-Atome / cm³ ins Si-Substrat eingebracht werden. Durch jene Atome bleibt die Solarzelle außen elektrisch neutral. In der zweiten Schicht der Zelle befinden sich dagegen 3-wertige Boratome, während die Grenzschicht undotiert bleibt und für Elektronen und Löcher, das heißt also die Ladung, einfach passierbar ist.
• Damit Sie als Verbraucher von der durch die Zelle umgewandelten Energie profitieren können, befinden sich auf der Vorder- und Rückseite jeder Solarzelle metallische Kontakte. Vorzugsweise werden diese aus Aluminium oder Silber hergestellt. Auf der Rückseite findet sich meist eine ganzflächig aufgebrachte Kontaktschicht, während sich auf der Vorderseite eine Art Gitter befindet, um dem Licht eine größere Angriffsfläche zu geben.
• Zuletzt spielt für den Aufbau der Zelle Siliziumnitrid eine Rolle. Dieses wird auf die Oberfläche der Zelle gedampft, um Reflexionen des Lichts zu vermeiden.

Sie sind mit diesem Wissen vielleicht noch kein Solarenergieexperte, zumindest aber wissen Sie nun, wie die Zellen ungefähr funktionieren und wie sie im Groben aufgebaut sind. Das ist zumindest schon mehr, als 90 Prozent der durchschnittlichen Solarzellennutzer wissen.