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Jährlich erhalten wir von der Sonne rund 15 000 Mal mehr Energie zugeschickt, als wir Menschen insgesamt verbrauchen. Die Sonnenenergie wird daher für unsere künftige Energieversorgung eine grosse Bedeutung haben. Eine Schlüsselrolle spielt dabei die Photovoltaik, kann sie doch das Sonnenlicht direkt in Strom umwandeln.
Das Kernstück einer Photovoltaikanlage sind die Solarzellen, die aus einem Halbleitermaterial bestehen. Halbleiter sind Stoffe, die nicht eindeutig elektrische Leiter oder Isolatoren sind und deren Verhalten durch Zugabe von chemischen Elementen gezielt beeinflusst werden kann. Die meisten Solarzellen, die heute in Betrieb sind, nutzen Silizium als Halbleitermaterial. Daneben gibt es aber auch andere Verbindungen wie Cadmiumtellurid (CdTe) oder Legierungen aus Kupfer, Indium, Gallium und Selen, welche eine immer grössere Bedeutung bei der solaren Energiegewinnung erlangen.
Gegensätzliche Schichten
Eine Silizium-Solarzelle besteht aus zwei Schichten: Die obere Schicht enthält neben dem Silizium noch etwas Phosphor. Da Phosphor mit fünf Elektronen eine Bindung eingehen kann, Silizium hingegen nur mit vier, bleibt bei jedem Phosphoratom ein negativ geladenes Elektron übrig, das sich frei bewegen kann. Man nennt diese Schicht daher n-Schicht. Die untere Siliziumschicht, p-Schicht genannt, enthält hingegen etwas Bor. Da Bor nur drei Elektronen besitzt, die mit Silizium eine Bindung eingehen können, entstehen in dieser Schicht sogenannte Elektronenlöcher. Beide Siliziumschichten für sich alleine genommen elektrisch neutral.
Entscheidend ist nun der Übergang zwischen n-Schicht und p-Schicht: Direkt an der Grenze wandern freie Elektronen aus der n-Schicht in die p-Schicht und füllen dort die Elektronenlöcher. In einem dünnen Bereich sind die beiden Schichten nun nicht mehr elektrisch neutral – es entsteht ein elektrisches Feld.