Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Einführung
IV
Vorwort
Dieses Unterrichtsmaterial ist durch den Einsatz vieler entstanden. Ich danke besonders den
Studentinnen und Studenten, die 1990 unter dem gleichen Titel das erste ETH-Physik-Leitprogramm
zusammengestellt haben (A. Bitz, M. Grilc, H. Lüchinger, S. de Martino, E. Schmid,
J. Ungermann, P. Zeller). Von ihnen stammt nicht nur das Titelbild. Mit ihnen habe ich auch
gelernt, dass Zusammenarbeit in einer grossen Gruppe möglich ist, wenn die Mehrheit engagiert
genug ist. E. Felder, G. Knöpfle und A. Lehner haben 1993 auf dieser Basis eine Fassung
formuliert, die mehrmals erprobt worden ist. M. Küpfer und M. Mayer haben die Erfahrungen
eingearbeitet und umfangreiche Ergänzungen hinzugefügt.
Wesentlich waren die Erprobungen bei meinen Kollegen P. Appius, Kreuzlingen, C. Burkhard,
Zofingen, P. Ebersold, Oerlikon, R. Koch, Wattwil, M. Wey, Bern-Kirchenfeld und anderen. Sie
und aufmerksame, interessierte Schülerinnen und Schüler haben durch Anregungen und Kritik
geholfen. T. Stocker bin ich zu Dank verpflichtet für Korrekturarbeit; die restlichen Fehler gehen
auf mein Konto. - Hoffentlich trägt dieses Lehrmittel dazu bei, die Photovoltaik, auf deren breite
Einführung viele Menschen grosse Hoffnungen setzten, zu fördern.
ETH-Hönggerberg und Kantonsschule Wattwil, Oktober 1995
H.P. Dreyer
Einführung
Eine der grössten Herausforderungen für die Menschheit ist die Entwicklung einer umweltfreundlichen
Energieversorgung. Bereits heute wird der grösste Teil unseres Energiebedarfs
durch Sonnenenergie gedeckt: Sonnenenergie, die vor Jahrmillionen bio-chemisch umgewandelt
wurde und nun in Form von Erdöl, Erdgas und Kohle zur Verfügung steht. Die Probleme mit der
Nutzung dieser Energiequellen sind bekannt.
Ideal wäre die direkte Nutzung der Sonnenenergie. In nur zwei Tagen strahlt die Sonne mehr
Energie zur Erde, als in allen Öl- und Kohlevorkommen gespeichert ist. Irgendwie müsste es
doch möglich sein, dieses enorme Potential zu nutzen. Für Wissenschaftler und Ingenieure ist
dies eine grosse Herausforderung. Und es scheint, als hätte die Suche nach einer technischen
Nutzung der Sonnenenergie Erfolg. Neben vielen anderen Lösungen wurden elektronische
Bauteile entwickelt, die das Sonnenlicht in elektrische Energie umwandeln. Diese Elemente
werden als Solarzellen bezeichnet. Sie sind das Thema dieses Leitprogrammes.
Der Stoff ist auf vier Kapitel verteilt. Zuerst gewinnen Sie einen Überblick zum Thema. Sie
machen sich Gedanken zur Solarenergie als zukünftige Energiequelle. Anschliessend lernen Sie
interessante Tatsachen über das Licht kennen. Im dritten Kapitel werden Sie mit den
physikalischen und technischen Grundlagen der Halbleiter vertraut. Schliesslich erfahren Sie im
letzten Kapitel Verschiedenes über Solarzellen und ihre Anwendungen.
Für die schnellen Schülerinnen und Schüler gibt es interessante Ergänzungen und Vertiefungen:
Das Additum 1 informiert über Herstellung und Verbesserungsmöglichkeiten bei Solarzellen.
Als Additum 2 wird eine Fallstudie vorgeschlagen. Im Additum 3 geht es um die experimentelle
Bestimmung der für die Photovoltaik zentralen Naturkonstante h.
ETH-Leitprogramm Physik
Strom aus Licht