Die erste Solarzelle – rund 100 Jahre Forschungsarbeit

Häufig gestellte Fragen zur Photovoltaik

Errichtung, Inbetriebnahme und Förderung von netzgekoppelten Photovoltaikanlagen

pv-anlagePhotovoltaikzellen wandeln Sonnenlicht in Strom um. Solarzellen können aus den unterschiedlichsten Materialien hergestellt werden. Der Wirkungsgrad sowie die Spannung einer Solarzelle hängen wesentlich von den verwendeten Materialien und der Art ihrer Verarbeitung ab. Die am weitest entwickelten und gebräuchlichsten Zellen werden aus Silizium hergestellt. Man unterscheidet je nach Art der Verarbeitung des Rohstoffes zwischen kristallinen (c-Si) und amorphen (a-Si) Silizium-Zellen. Erstere haben einen höheren Wirkungsgrad sind aber wesentlich aufwändiger in der Herstellung. Neben Silizium werden noch andere Halbleiter für Photvoltaikzellen verwendet.  Eine Solarzelle ist aus zwei Lagen aufgebaut. Bei den beiden Lagen handelt es sich um einen positiv- und einen negativ-dotierten Halbleiter, die an der Kontaktfläche einen so genannten pn-Übergang bilden. Dieser Übergang bildet eine Potentialbarriere und beschränkt so den Wechsel von Ladungsträgern zwischen den beiden Schichten. Fällt nun Licht mit geeigneter Wellenlänge auf die photovoltaische Zelle entstehen im Material bewegliche Ladungsträger. Auf Grund der eingeschränkten Bewegungsfreiheit durch den pn-Übergang entstehen Potentialunterschiede, welche über einen äußeren Kontakt abgebaut werden können. Stellt man diesen Kontakt her fließt elektrischer Strom. Um Silizium einzusparen, wird an immer dünneren Schichten gearbeitet - den so genannten Dünnschichtzellen. Silizium ist zwar nach dem Sauerstoff massenmäßig das häufigste Element in der Erdkruste, allerdings übersteigt zur Zeit die Nachfrage die Kapazitäten der Produktionsbetriebe, welche die Reinigung des natürlich vorkommenden Siliziums durchführen. Dies ist einerseits auf die immer größere Nachfrage aus dem Bereich der Photovoltaik, andererseits auf die enorme Nachfrage an Halbleiterelementen aus der Computer- und Elektronikbranche zurückzuführen.  

Die erste Solarzelle – rund 100 Jahre Forschungsarbeit

Als erster stieß der Physiker A. E. Becquerel bei Versuchen mit elektrischen Batterien im Jahre 1839 auf den photoelektrischen Effekt, konnte ihn aber auf Grund des damaligen Wissensstandes nicht in geeigneter Weise erklären. In den folgenden Jahren wurde diese Eigenschaft zunächst bei Selen und in weiterer Folge im Jahr 1940 von R. S. Ohl  auch an einer Silizium-Probe nachgewiesen. Zur Erklärung des photoelektrischen Effekts und damit in weiterer Folge zur Erklärung der Stromerzeugung unter Lichteinfluss hatten seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts bereits zahlreiche Physiker - A. Einstein, J. Bardeen, H. R. Hertz, R. A. Millikan - um nur die bekanntesten zu erwähnen -  Beiträge geleistet. 1954 entstanden die ersten Solarzellen, die als Prototypen für eine industrielle Fertigung herangezogen wurden. 

 

© Foto: D. Schreiber, WUA

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