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12. Was sich unter der Oberfläche abspielt - BMW Group

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12. Was sich unter der Oberfläche abspielt
H2 – Mobilität der Zukunft.
Sand als fast unerschöpflicher Rohstoff
Silizium ist eines der häufigsten Elemente auf
der Erde und kommt im Quarzsand als Siliziumdioxid vor. Um daraus reinstes Silizium zu gewinnen, ist viel Energie nötig. Vier bis fünf Jahre
benötigt eine fertige Solarzelle, bis sie diese
Energie aus Sonnenlicht wieder „eingespielt“
hat. Da aber ihre gesamte Lebensdauer mehr
als 25 Jahre beträgt, erzeugt sie in dieser Zeit
ein Vielfaches der Energie, die zu ihrer Herstellung nötig war.
Künstliche Störstellen machen
die Scheibe leitend
Silizium besitzt, wenn es ganz rein ist, ein sehr
regelmäßiges Kristallgitter. Jedes Atom hat
vier Bindungselektronen, daraus ergeben sich
jeweils vier Kristallbindungen an Nachbaratome.
Damit nun aus einer Siliziumscheibe eine Solar­
zelle wird, muss dieses Kristallgitter gestört
werden. Zu diesem Zweck werden in das regelmäßige Muster Atome eingeschleust, die drei
oder fünf Bindungselektronen haben; solche
Atome sind zum Beispiel Phosphor bzw. Bor.
Phosphor hat fünf Außenelektronen; wenn es
ins Gitter eingebaut wird, stellt es vier davon für
die Kristallbindungen zur Verfügung, das fünfte
bleibt als Leitungselektron übrig. Umgekehrt
bleibt beim Einbau eines Boratoms eine Bindungsstelle im Kristallgitter – das „Loch“ – leer.
Wie funktioniert eine Solarzelle?
Die Siliziumscheibe wird also bei der Herstellung von oben mit Phosphor- und von unten
mit Boratomen durchsetzt; dieser Vorgang wird
auch „Dotieren“ genannt. Im Grenzbereich
zwischen den beiden unterschiedlich dotierten
Schichten baut sich ein (inneres) elektrisches
Feld auf. Fällt nun Licht auf diesen Bereich,
löst die Energie der Photonen Elektronen aus
ihrer Bindung, erzeugt also freie Elektronen
und Löcher (= Photoeffekt). Unter dem Einfluss
des inneren Feldes wandern die Elektronen
auf die n-dotierte, die Löcher auf die p-dotierte
Seite. Dadurch entsteht eine dem inneren Feld
entgegengerichtete „Photospannung“, die sich
über Kontakte abgreifen lässt. So erhält man
einen Plus- und einen Minuspol wie bei einer
Batterie; wird ein Verbraucher angeschlossen,
fließt Strom.
Innenleben einer Solarzelle
Licht
p-Leiter
I
Stromerzeugung
Grenzschicht
R
n-Leiter
Rekombination
15
Quelle: Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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Technik
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