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Mit Photovoltaik (PV) wird die direkte Umwandlung von Licht in einer Solarzelle in elektrische Energie bezeichnet. Die Grundlage dieser Umwandlung ist der physikalische photoelektrische Effekt, kurz Photoeffekt. Die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt durch im Halbleiter entstehenden beweglichen Elektronen mittels Lichteinwirkung. Dieser photovoltaische Effekt wurde bereits 1839 vom Physiker Alexandre Edmond Becquerel entdeckt. Die Umwandlung des Sonnenlichtes in elektrischen Strom erfolgt dabei völlig bewegungs-, geräusch- und emissionsfrei.
Bis Mitte des 20ten Jahrhunderts schenkte man den beobachteten photovoltaischen Effekt keine besondere Beachtung. Mit Beginn der Entwicklung der Halbleitertechnik Anfang in den 1950er Jahren wurde die Idee von Becquerel aufgegriffen. Bereits Mitte der 1950er Jahre wurde in den USA die erste Solarzelle aus kristallinem Silizium (cSi) entwickelt.
Das Grundprinzip der Photovoltaik: (Sonnen-)Licht erzeugt in einem Halbleitermaterial (meist kristallines Silizium, cSi) bewegliche Elektronen und diese erzeugen über Kontakte an der Vorder- und Rückseite der Solarzelle einen elektrischen Gleichstrom. Dieser Gleichstrom wird anschließend in Wechselstrom umgewandelt.
Wesentliche Technologierichtungen innerhalb der Photovoltaik sind:
- CSi-Wafer basiert mit Ausprägungen mono- und multikristallin;
- Konzentratortechnik, hierbei wir die Sonneneinstrahlung mittels Linsen auf einen mehrschichtigen Halbleiter konzentriert;
- Dünnschichttechnologien, die auf unterschiedlichen Halbleitersubstraten (u.a. CdTe, CIS, CIGS, amorphes oder mikromorphes Silizium etc.) aufbauen.