Wie funktioniert eine Solarzelle?

13.02.13

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Zwei aufeinanderliegende Kristallschichten bilden den Kern jeder Solarzelle: eine der Schichten enthält einen Überschuss an freien Elektronen, negativ geladenen Teilchen. Der anderen Schicht hingegen mangelt es an Elektronen.

Die Leerstellen, an denen sich diese Elektronen eigentlich befinden sollten, nennt man Löcher. Hätten Kristalle Gefühle, wären sie über diese Situation sehr unglücklich, denn sie streben nach Ausgleich.

Frei herumschwebende Elektronen auf der einen Seite und leerstehende Löcher auf der anderen sind ihnen ein Dorn im Auge. Die beiden gehören zusammen: Gemeinsam löschen sie sich aus, der Ausgleich ist geschaffen.

An der Kontaktfläche der beiden Schichten zieht es die Elektronen von einer Schicht in die andere, um die Löcher zu füllen: Es bildet sich ein dünner geladener Bereich. Doch das kristalline Glück ist nicht von langer Dauer, denn eben dieser Bereich erzeugt nun eine Art elektrisches Gefälle.

Bei Sonnenschein wird die Solarzelle immer stärker gepolt

So wie Wasser immer nur flussabwärts fließen kann, werden auch die freien Elektronen in der Solarzelle nur noch in eine Richtung gezogen. Sie können ihrer natürlichen Vorliebe zu den Löchern hin nicht mehr folgen, sondern werden unablässig in die andere Richtung geleitet.

Doch es kommt noch schlimmer: Für die Kristallschichten ist eitel Sonnenschein kein Spaß. Die in den Sonnenstrahlen enthaltene Energie schlägt sogar fest in den Kristallen gebundene Elektronen aus ihrer Verankerung. Die kleinen Teilchen nehmen die Sonnenenergie auf und lösen sich aus ihrem Atom.

Zurück bleibt nur noch ein Loch, ein leerer Platz. Während nun die freien Elektronen das elektrische Gefälle hinabfallen, schweben die Löcher, Luftblasen ähnlich, hinauf. Elektronen auf der einen Seite, Löcher auf der anderen. Der Weg zueinander ist gesperrt - die Spannung in den Kristallen steigt, im wahrsten Sinne des Wortes.

Ein Kabel schließt den Kreis – dadurch fließt Strom

Doch es gibt eine Lösung: ein einfaches Kabel zwischen beiden Seiten kann die Distanz überbrücken. Sofort hasten die Elektronen zu den Löchern, um sie zu füllen. Der Kreislauf schließt sich, es fließt ein kontinuierlicher Elektronen-Strom, besser bekannt als elektrischer Strom.

Auf ihrem Weg durchs Kabel geben die Elektronen die vom Sonnenlicht erhaltene Energie wieder ab. Genau diese macht sich nun der Mensch zunutze.

Autor: Liza Glesener
Foto: 
Ramona Heim/Shotshop.com

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