Was passiert in einer Solarzelle? ☀️🔋

Du wolltest schon immer wissen, was in einer Solarzelle passiert und wie daraus Strom entsteht? Dann bist du hier genau richtig! Wir erklären dir, wie eine Solarzelle aufgebaut ist, welche Arten es gibt und wie daraus Strom entstehen kann.

27. Dezember 2021

Ratgeber

Generell unterscheidet man in zwei Gruppen von Solaranlagen. Zum einen in Solarthermieanlagen und zum anderen in Photovoltaikanlagen. Solarthermieanlagen wandeln Sonnenenergie in Wärme um, Photovoltaikanlagen erzeugen durch die Umwandlung von Sonnenenergie Strom. Für uns sind daher Photovoltaikanlagen interessant.😉

Was ist eine Solarzelle?

Für das Umwandeln von Sonnenenergie in Strom sind Solarzellen notwendig. Sie bilden die kleinsten Bauteile einer Photovoltaikanlage. In den meisten Fällen bestehen Solarzellen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Silizium ist ein klassisches Halbmetall, das sowohl Eigenschaften von Metallen, als auch von Nicht-Metallen aufweist. Durch die Zufuhr von Energie wird die Leitfähigkeit von Halbleitern verbessert.

Das bedeutet, dass durch das einstrahlende Sonnenlicht, Lichtenergie auf die Solarzelle trifft und diese dadurch leitfähig wird. ☀️

Wie daraus dann Strom entsteht, erklären wir dir später noch genauer. 💡

Wie ist eine Solarzelle aufgebaut?

Normalerweise besteht eine Solarzelle aus zwei Schichten Silizium. Diese werden durch das Dotieren (Verunreinigen) mit unterschiedlichen Fremdatomen wie Phosphor und Bor so beeinflusst, dass zwei unterschiedliche Teilschichten entstehen:

➖ n-dotierte Schicht: Durch das Einmischen von Phosphor wird diese Schicht negativ leitend. Man bezeichnet sie daher als negativ-dotiert.

➕ p-dotierte Schicht: In dieser Schicht ist etwas Bor eingemischt, wodurch diese positiv wird. Man bezeichnet sie daher als positiv dotiert.

Zwischen der n-dotierten Schicht und der p-dotieren Schicht befindet sich eine Grenzschicht. Ladungen können diese Schicht nur durch Sonneneinstrahlung passieren. Durch diese Elektronenbewegungen entsteht ein elektrisches Feld, das auch als p-n-Übergang bezeichnet wird.

Aufbau einer Solarzelle

Welche Arten von Solarzellen gibt es?

Aktuell gibt es drei verschiedene Arten von Solarzellen, die für dich als Privatanwender in Frage kommen können. Jede Art hat seine Vor- und Nachteile und du musst für dich selbst entscheiden, welche Solarzelle zu dir und deinen Anforderungen passt. 🧏‍♀️

☀️🔋 Monokristalline Solarzelle

Monokristalline Solarzellen bestehen aus einkristallinem Silizium. Bei der Herstellung ist dieses zunächst flüssig, so dass daraus einkristalline Stäbe gezogen werden können. Diese werden dann in dünne Stäbe zersägt, die auch als “Wafer” bezeichnet werden.

Durch den hohen Siliziumanteil liegt der Wirkungsgrad bei ca. 20 Prozent und ist bei direkter Sonneneinstrahlung deutlich höher als bei den polykristallinen Solarzellen. Aufgrund der aufwändigen Herstellung sind monokristalline Zellen allerdings vergleichsweise teuer.

☀️🔋 Polykristalline Solarzelle

Bei der Herstellung von Polykristallinen wird als erstes ein Siliziumblock gegossen. Sobald dieser abgekühlt ist und das Silizium fest wird, entstehen unterschiedlich große Kristallstrukturen. Davon werden anschließend dünne Scheiben abgetrennt, die man als polykristalline Solarzelle bezeichnet. Aufgrund der quadratischen Form des Siliziumblocks entstehen geringere Abfälle im Vergleich zu den monokristallinen Solarzellen. Somit wird die Umwelt weniger belastet. Allerdings ist der Wirkungsgrad mit rund 15 Prozent niedriger, da weniger reines Silizium verwendet wird.

☀️🔋 Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen sind nicht kristalline Solarzellen. Sie werden aus Silizium hergestellt, das mit anderen Materialien vermischt wird. Der Wirkungsgrad von 5 bis 7 Prozent ist daher eher gering. Deshalb sollten Dünnschichtzellen bei großen Flächen genutzt werden, um den niedrigen Wirkungsgrad zu kompensieren.

Ein Vorteil ist, dass die Zellen, abhängig vom Trägermaterial sehr flexibel sind und sich so jede beliebige Form verwirklichen lässt. Zudem sind sie günstiger als kristalline Zellen.

Wie entsteht Strom in einer Solarzelle?

Damit in einer Solarzelle Strom entstehen kann, muss bekanntlich die Sonne scheinen.

Sonnenstrahlen sind kleine Energieträger, sogenannte Photone. Wenn sie auf den p-n-Übergang treffen, entstehen durch Lichtabsorption freie Ladungsträger (negative Elektronen und positive “Defekt-Elektronen”). Je nach Ladung bewegen sich diese dann zur negativen oder positiven Elektrode. So entsteht Spannung an den Elektroden. Wenn der Stromkreis geschlossen wird, kann also elektrischer Strom fließen. Dieser kann dann im Haus genutzt werden. 🏡💡

Du siehst also, dass eine Photovoltaikanlage ziemlich praktisch sein kann. Man kann nicht nur Strom sparen, sondern auch der Umwelt etwas Gutes tun! 💚