Der photoelektrische Effekt – Die Grundlage von Solarenergie

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Der photoelektrische Effekt – Die Grundlage von Solarenergie - Foto: succo / pixabay.com

Sich die Energie der Sonne zur Energiegewinnung zunutze zu machen, hat viele Vorteile. Die Sonne ist kostenlos, zuverlässig und emissionsfrei. So ist es naheliegend, den Stern als Energiequelle zu nutzen. Dies funktioniert dank des photoelektrischen Effektes.

Sonnenenergie nutzen, dieser Gedanke ist alles andere als neu. Schon im 19. Jahrhundert entdeckte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel (1820-1891), bei Experimenten mit elektrolytischen Zellen den photoelektrischen Effekt. Dieser wurde Grundlage für unsere heutige Solarenergie.

Der photoelektrische Effekt

Der photoelektrische Effekt beschreibt einen physikalischen Vorgang, bei dem ein Photon – also ein „Lichtteilchen“ – von einem gebundenen Elektron – einem negativ geladenen Elementarteilchen – absorbiert wird. Hierdurch wird das Elektron aus seiner Bindung gelöst und durch den photovoltaischen Effekt die Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt.

Nichts anderes leisten im Endeffekt die bekannten Solarzellen, die für die Stromerzeugung aus Sonnenenergie zuständig sind. Becquerel stellte fest, dass der Strom, welcher zwischen einer Platin-Anode und -Kathode floss, unter Licht geringfügig größer war als im Dunkeln. Die Idee für die erste Photovoltaikanlage war geboren.

Grundlage für Photovoltaik

Das Prinzip der heutigen Photovoltaikanlagen beruht auf dem im 19. Jahrhundert entdeckten Vorgang. Dabei werden zwei Schichten eines Halbleiters, wie beispielsweise Silizium durch Dotieren („gezieltes Verunreinigen“) mit unterschiedlichen Fremdatomen wie z. B. Phosphor oder Bor so manipuliert, dass eine negative und eine positive Leitschicht entstehen. Die Grenzschicht, die dadurch gebildet wird, nennt sich p-n-Übergang und bildet das Kernelement von Solarzellen. Wird dieser p-n-Übergang mit Sonnenlicht bestrahlt, entstehen durch die Absorption der Photonen freie Ladungsträger (negative Elektronen und positive „Defektelektronen“). Diese werden durch das elektrische Feld bewegt und erzeugen so Strom. Mit Hilfe von metallenen Kontakten an beiden Seiten der Zelle kann der Strom letztendlich entnommen werden.

Der erste professionelle Einsatz von Photovoltaikelementen erfolgte 1958. Der Satellit Vanguard 1 lieferte, nur von Solarzellen betrieben, sieben Jahre lang Daten aus dem All. Heute sind Solaranlagen, sei es zur direkten Stromgewinnung oder für Solarthermie, nicht mehr wegzudenken.


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