Was passiert in einer Solarzelle?

Photovoltaik-Anlagen nutzen einen Effekt, den der Physiker Edmund Becquerel bereits im Jahr 1839 entdeckt hat: Unter bestimmten Bedingungen lässt sich Sonnenlicht in elektrischen Strom umwandeln. Im 19. Jahrhundert fehlten die technischen Möglichkeiten zur Produktion von PV-Anlagen. Doch inzwischen ist aus einem Traum längst Technik für den Alltag geworden.

Wie wird aus Sonnenlicht elektrischer Strom?

Das Basismaterial der meisten Solarzelle ist Silizium, also Quarzsand. Dieser Rohstoff ist auf der Erde in nahezu unendlichen Mengen verfügbar. Unter hohen Temperaturen wird der Sand zu 0,2 Millimeter dünnen, quadratischen Waferscheiben verarbeitet. Die Wafer tragen eine kleine Menge des Halbmetalls Bor in sich, die so genannte „p-Schicht“ wodurch sich eine positive Ladung ergibt. Später wird der Wafer mit feinem Phosphornebel benetzt, der bei 900 Grad in die Oberfläche eingebrannt wird. Dadurch entsteht über der p-Schicht eine hauchdünne negativ geladenen Schicht, die „n-Schicht“. Beide Schichten werden mit separaten Metallkontakten versehen.

All das geschieht in einer extrem sauberen Umgebung. Die zarten Platten laufen über vollautomatische Produktionsstraßen, berührt werden sie ausschließlich von Roboterarmen. Die Menschen, die in der Produktion arbeiten, tragen Kittel und Handschuhe. Die Luft soll so rein wie möglich bleiben.

Durch die ungleiche Ladung bildet sich im Inneren des Wafers ein elektrisches Feld: die Raumladungszone. In dieser Zone geben die Photonen des einfallenden Sonnenlichts ihre Energie an eines der Elektronen ab. Das Elektron folgt dem inneren elektrischen Feld und gelangt zu den Metallkontakten in der n-Schicht. Durch Anschließen eines Verbrauchers – einer Glühbirne oder eines elektrischen Geräts – wird der Stromkreis geschlossen. Die Elektronen fließen über den Verbraucher zum Metallkontakt der p-Schicht und zurück in die Raumladungszone.