Koblmiller, Kornhuber - JKU

Schulversuchspraktikum Physik WS 2001/2002
Protokoll zur Station 10 Solarzelle
Dioden
Wenn man einen n-Leiter und einen p-Leiter zusammenwachsen läßt, erhält man eine
Diode. An der Grenzschicht, dem p-n-Übergang, befinden sich die valenzelektronreichen
und -armen Fremdatome in großer Nähe und beginnen durch das Kristallgitter ‘unter
Druck gesetzt’ Elektronen diffundieren zu lassen. Bei deren Wanderung vom
grenzschichtnahen Teil des n-Leiters zu dem des p-Leiters entsteht eine Zone mit
elektrisch geladenen Fremdatomen. Die Dicke dieser Ladungszone beträgt 1µm, das
entspricht etwa 50 Atomlagen. Durch die elektrostatische Kraft kommt die Wanderung
schließlich zum erliegen; das an der Grenzschicht aufgebaute elektrische Feld ist
aufgrund des Kristallgitters jedoch stabil. Diese stabile Raumladungszone erst eröffnet
der modernen Elektronik die Fülle an Möglichkeiten.
Photoelemente
Funktionsweise
Eine Photozelle besteht aus einer großflächigen Diode, die für ihre Zwecke speziell
optimiert wird. Das Licht fällt durch die n-Schicht der Solarzelle ein und erzeugt durch
den inneren Photoeffekt in der Nähe des p-n-Überganges ein Elektron-Loch-Paar. Durch
die in der Raumladungszone herrschende Spannung wird eine Rekombination (das
Zurückfallen des Elektrons in das Valenzband) verhindert und die beiden Ladungen
werden getrennt. In ihr jeweiliges Majoritätsgebiet transportiert (Elektron: n-Leiter,
Defektelektron: p-Leiter) bauen die getrennten Ladungsträger nun die Ladungswälle ab
und die elektrische Kraft kann die an der Grenzschicht herrschende Diffusionsspannung
nicht mehr ausgleichen. Es baut sich nach außen Spannung auf. Die Energie der Photo-
nen, die nun in diesem System steckt, kann im angeschlossenen Stromkreis
abgenommen werden. (Bei nicht zu hohem Widerstand läßt die Diffusionsspannung des
p-n-Überganges die Elektronen über den außen angeschlossenen Stromkreis auf die p-
Seite fließen.)
Autoren: Michael Kornhuber, Michael Koblmiller
Erstellungsdatum: 2.11.2001 Seite 6