Dotierung. = gezieltes Verunreinigen des Si-Kristalls mit bestimmten Fremdatomen. n-dotierung Einbau. von Atomen mit 3 Valenzelektronen

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1 Halbleiter

2 Dotierung = gezieltes Verunreinigen des Si-Kristalls mit bestimmten Fremdatomen. n-dotierung Einbau von Atomen mit 5 Valenzelektronen = Donatoren Elektronengeber (P, Sb, As) p-dotierung Einbau von Atomen mit 3 Valenzelektronen = Akzeptoren Elektronenfänger (B, In, Ga) freies Elektron Loch

3 Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich

4 Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich

5 Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich

6 Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich

7 Elektronenübergang Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich p-dotierter Bereich

8 Elektronenübergang Grenzschicht durch Kombination eines n- und eines p-dotierten Bereichs: n-dotierter Bereich + p-dotierter Bereich - elektrisches Feld in Grenzschicht

9 Solarzelle = Halbleiter mit einem eingebauten elektrischen Feld in der Grenzschicht (n-p-übergangsbereich). Ladungstrennung durch Fotoeffekt in der Grenzschicht elektrisches Feld verhindert Rekombination n-dotierte Schicht (oben) Dicke nur etwa 1µm (muss lichtdurchlässig sein) p-dotierte Schicht (unten) Dicke bis zu 100 µm - +

10 Auslösen von Elektron-Loch- Paaren durch Photonen mail5.world4you.com

11

12 Wie funktioniert Photovoltaik? Unter Photovoltaik versteht man die direkte Umwandlung des Sonnenlichts in elektrischen Strom mit Hilfe von Solarzellen. Direkte Umwandlung heißt, dass das Sonnenlicht unter direkter Ausnutzung des physikalischen Photoeffektes, und nicht durch z.b. Erwärmen von Dampf mit nachgeschalteter Dampfturbine und Generator in Strom umgewandelt wird. Jede Solarzelle weist vier Schichten auf, von denen nur die positiv- bzw. negativ- leitenden Schichten aus einem Halbleiter, zum Beispiel Silizium, bestehen. Diese werden auch abgekürzt p-(positiv) Schicht und n-(negativ)schicht genannt. Durch die gezielte Einbringung kleiner Mengen von Fremdatomen aus anderen chemischen Hauptgruppen (Dotierstoffe), kann der Halbleiter p (positiv)- oder n (negativ)-leitend gemacht werden. Dotierstoffe für Silizium sind z.b. Bor (positiv) und Phosphor (negativ). Beim photoelektrischen Effekt wird in dem dotierten Halbleiter durch die Absorption von Licht (Photonen) eine elektrische Spannung (Volt) aufgebaut. Das Prinzip beruht darauf, dass Elektronen (negativ geladen) durch den Lichteinfall und die damit verbundene Energie von ihren Atomen getrennt werden und sich nun im ganzen Festkörper frei bewegen können. Gleichzeitig entstehen dabei positiv geladene Löcher, die ebenfalls frei beweglich sind. Eine Solarzelle muss die beiden Ladungen so effektiv und schnell wie möglich voneinander trennen. Dies geschieht durch den pn-übergang an der Grenzfläche zwischen der p- und der n- leitenden Schicht. Elektronen, die in die Nähe des pn-übergangs kommen, fließen auf die n-seite und Löcher auf die p-seite ab. Dadurch erfolgt eine effektive Ladungstrennung. Die Elektronen fließen dann zum Rückseitenkontakt, die Löcher zum Vorderseitenkontakt der Solarzelle. Von da an wird der Strom über Kabel zum Verbraucher weitergeleitet.

13 Die Energieressourcen der Erde, unserer Erde, sind nicht unerschöpflich!!! Die Erwartungen über die Verfügbarkeit unserer Energien beträgt bei Uran Erdöl Erdgas Steinkohle Braunkohle Bis 2040 bis 2035 bis 2040 Bis 2100 Bis 2100 Stand 2010

14 Die Sonne ist ein gigantisches und nahezu unerschöpfliches Kraftwerk. Jahr für Jahr liefert sie der Erde über Billionen Kilowattstunden Energie zum Nulltarif. Dies ist mal mehr, als die gesamte Weltbevölkerung heute verbraucht.

15 Was ist Photovoltaik? Das Wort Photovoltaik ist eine Zusammensetzung aus dem griechischen Wort für das Licht und dem Namen des Physikers Alessandro Volta. Es bezeichnet die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie mittels Solarzellen. Dieser Umwandlungsvorgang beruht auf dem bereits 1839 von Alexander Berquerel entdeckten Photoeffekt.

16 Wie funktioniert Photovoltaik? Das Sonnenlicht besteht aus Photonen. Die Solarzelle dient dazu diese einzufangen. Wird nun ein Siliziumatom von einem Photon getroffen, so reißt dies Elektronen aus ihrer Bahn. Dadurch wird in der Photovoltaikzelle elektrische Spannung hervorgerufen. Da diese Spannung bzw. dieser Strom meist nicht ausreicht, werden mehrere Solarzellen zu größeren Einheiten, so genannten Modulen zusammengefasst. Mehrere Module ergeben wiederum ein Paneel. Dabei werden die Zellen, je nach dem ob man höhere Ströme bzw. höhere Spannungen haben möchte, parallel oder in Reihe geschaltet. Heute gibt es drei Arten von Solarzellen, die für eine Serienproduktion reif sind:

17 1. Monokristalline Solarzellen: Diese werden aus monokristallinem, d.h. hochreinem Silizium hergestellt. Das Silizium wird mittels diverser Prozesse in eine hochreine Form gebracht und dann dosiert verunreinigt, d.h. dotiert. Monokristalline Solarzellen haben zwar den höchsten Wirkungsgrad von 14 bis 17 %, sind aber vergleichsweise teuer herzustellen da dies aus einem Kristall hergestellt wird.. 2. Polykristalline Solarzellen: Diese sind preiswerter als die Zellen aus hochreinem Silizium herzustellen, haben dafür aber einen geringeren Wirkungsgrad von 13 bis 15 %. (Mehrere Kristalle) 3. Amorphe Solarzellen Amorphe Solarzellen, auch Dünnschichtzellen genannt, entstehen durch das Aufbringen von sehr dünnen Siliziumschichten auf ein anderes Material, meist auf Glas. Die Schichten sind weniger als ein fünfzigstel so dick wie ein menschliches Haar. Die Produktionskosten sind vergleichsweise gering, die Wirkungsgrade erreichen nur 5 bis 7 % im Labor sind allerdings schon etwa die doppelten Werte erzielbar.

18 Wie funktioniert die Netzeinspeisung? Eine Photovoltaikanlage besteht aus miteinander verschalteten Solarstrommodulen. Bei Lichteinfall erzeugen die Module einen Gleichstrom. Die Leistung hängt von der Menge der verschalteten Modulen und der Intensität der Sonneneinstrahlung ab. Der erzeugte Gleichstrom wird zu einem Wechselrichter geführt und von diesem in Wechselstrom umgewandelt. Dieser wird von einem separaten Zähler erfasst und in das öffentliche Stromnetz eingespeist.

19 Die Netzeinspeisung graphisch dargestellt

20 Beispielanlagen Anlage mit 3,75 Kilowatt Anlage mit 55,5 Kilowatt

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