Photovoltaik-Module von innen - So entsteht Solarstrom

Über 95% der heutigen Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silicium. Halbleiter sind Stoffe, deren elektrische Leitfähigkeit durch Zufuhr von Licht oder Wärme zunimmt.

Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Silicium dotiert. Dazu werden gezielt andere chemische Elemente eingebracht, wodurch entweder ein Elektronenüberschuss (n-leitende Schicht) oder ein Elektronenmangel (p-leitende Schicht) entsteht. Grenzen zwei verschieden dotierte Halbleiterbereiche unmittelbar aneinander, entsteht an der Grenzfläche (p-n-Übergang) eine so genannte Raumladungszone.

Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, wird in aller Regel das Ausgangsmaterial schwach p-dotiert und eine dünne Oberflächenschicht stark n-dotiert. Somit entsteht die zur Ladungsträgertrennung erforderliche Raumladungszone.

Der Frontkontakt ist ein metallisches Gitter, damit das Sonnenlicht zwischen den Kontakten in das Silicium eindringen kann. Zudem sind Solarzellen zusätzlich mit einer Antireflexionsschicht überzogen, die dem Schutz der Zelle sowie der Verminderung von Reflexionsverlusten dient. Diese Schicht sorgt für die typisch bläuliche bis schwarze Erscheinung von Solarzellen.

Trifft das Sonnenlicht auf die Solarzelle, bewirken die auftreffenden Photonen, die Lichtteilchen, die Erzeugung von Ladungsträgerpaaren, d.h. positive und negative Ladungsträger.

Das elektrische Feld der Raumladungszone trennt diese Ladungsträger voneinander. Die Elektronen werden zur negativen Elektrode auf der sonnenzugewandten Oberseite beschleunigt, die positiven Ladungsträger entgegengesetzt zur untenliegenden Elektrode.

Durch den Elektronenüberschuss im n-Silicium (Minuspol) und dem Elektronenmangel im p-Silicium (Pluspol) entsteht eine elektrische Spannung zwischen den Metallkontakten der Vorder- und Rückseite. Die elektrische Spannung bei maximaler Leistung liegt bei kristallinen Siliziumzellen bei ca. 0,5V.

Wird der äußere Stromkreis durch Anschluss eines elektrischen Verbrauchers geschlossen, fließt ein Gleichstrom. Mit Hilfe eines netzgeführten Wechselrichters, welcher den Gleichstrom in einen Wechselstrom umrichtet, kann der von den Solarzellen erzeugte Strom in das Stromnetz eingespeist werden.