Photovoltaische Zelle

Photovoltaische Zelle
Handout
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Sonnenlicht besteht aus Photonen
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Photovoltaische Zelle dient zum Einfangen der Sonnenenergie
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Zelle arbeitet mit dem Prinzip des photoelektrischen Effekts (Wechselwirkungen von
Photonen mit Materie)
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Photon wird von einem Elektron (in einem Festkörper) absorbiert und von seiner Bindung
gelöst (Energie des Photons muss min. genauso groß sein wie die Bindungsenergie des
Elektrons)
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Viel Energie = viele Elektronen werden vom Valenzband ins Leitungsband angehoben (im
Valenzband verbleiben Defektelektronen oder ´´Löcher``)
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Elektronen im Leitungsband sind frei beweglich (el. Leitfähigkeit)
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Einbau von Fremdatomen in das Si-Kristallgitter (Dotierung genannt), dadurch viel höhere
Leitfähigkeit
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ob n- oder p-Leiter hängt von der Menge der Außenelektronen der Fremdatome ab/negative
Dotierung bei Einbau von Atomen mit vielen Außenelektronen und positive Dotierung bei
Einbau von Atomen mit weniger Außenelektronen
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ph. Zelle ähnlich einer Halbleiterdiode, d.h. Strom fließt in eine Richtung und in die andere
Richtung wirkt die Zelle wie ein Isolator (Durchlass- bzw. Sperrrichtung)
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Zelle ist aus einer n- und einer p-dotierten Schicht aufgebaut; ein Übergang zwischen diesen
entsteht
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n-Ladungsträger (Elektronen) wandern in den p-Bereich (´´Löcher``)
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es entsteht ein isolierter Bereich zw. n- und p-Schicht, die sog. Raumladungszone,
Grenzschicht oder Sperrschicht
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ein elektrisches Feld ist in dieser Raumladungszone gegeben
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Belichtung der Sperrschicht
Elektronen + Löcher werden frei; wandern durch das elektr. Feld in die n-Zone bzw. p-Zone
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Ladungstrennung findet statt und damit entsteht eine Spannungsquelle
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greift man die so entstehende elektr. Aufladung der beiden Bereiche mit Metallkontakten ab,
so fließt Photostrom
Aufbau einer photovoltaischen Zelle