Strom aus Licht - Institut für naturwissenschaftliche Grundlagen

Kapitel 4: Solarzellen 37
Sie müssen sich auch vorstellen, dass nicht jedes genügend energiereiche Photon ein
Elektron-Loch-Paar erzeugt. Für den inneren Photoeffekt gibt es bloss eine gewisse Wahrscheinlichkeit,
die vom Material und der Energie des Photons abhängt. Zudem besteht eine reelle
Chance, dass getrennte Ladungsträger wieder rekombinieren, bevor sie vom Feld vollständig
getrennt worden sind. Dieser Prozess nimmt mit der Temperatur rasch zu. Im gleichen Masse
nimmt der Wirkungsgrad der Zelle ab. Aus diesen und anderen Gründen hat der Wirkungsgrad
einer Solarzelle also eine physikalische Grenze. Sie ist allerdings in den letzten Jahren durch die
Theoretiker nach oben geschraubt worden und soll jetzt für Silizium bei 30 % liegen. Im Labor
wurden 20 % erreicht; aber die auf dem Markt erhältlichen Solarzellen kommen nur wenig über
die 10 %, die Sie bei Aufgabe 4.2 errechnet haben.
Zur Vorbereitung auf das Experiment weisen wir Sie noch auf die Symbole hin, die in der
Elektrotechnik für die neuen Stromquellen üblich sind. Das Solarzellensymbol erinnert allerdings
stärker an eine Batterie als an eine Halbleiterdiode.
+
Photodiode
+
Solarzelle
-
Figur 4.3: Schaltsymbole für Photodiode und Solarzelle
-
Experiment 4.1
Solarzellen-Test
Gehen Sie zum Experiment 4.1 und führen Sie die 4 Teile durch! Sie
finden das nötige Material und eine Anleitung.
Notieren Sie sich Ihre Beobachtungen auf einem Blatt.
Merken Sie sich die folgenden Punkte :
• Bestrahlt man eine (Leucht-)Diode, wird sie zur Strom- oder Spannungsquelle.
• Die Photonen erzeugen in der Verarmungszone Elektron-Loch-Paare, die vom inneren
Feld getrennt werden: Elektronenüberschuss im n-Halbleiter = Minus-Pol; Elektronenmangel
im p-Halbleiter = Plus-Pol.
• Dioden, in denen der innere Photoeffekt ausgenützt wird, heissen Photodioden.
• Eine Solarzelle - manchmal auch als Photozelle oder Photoelement bezeichnet - ist nichts
anderes als eine für die Photovoltaik optimierte, grossflächige Photodiode.
ETH-Leitprogramm Physik
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