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Einfach erklärt

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Eine Solarzelle wandelt Sonnenlicht in Strom um. (Illustration ©: Publik)

Wie funktioniert eine Solarzelle?

Die Sonne ist ein gigantisches Kraftwerk. Mit Hilfe einer Solarzelle in Photovoltaik-Anlagen können wir Licht in Strom umwandeln.

Das Wort „Photo“ ist griechisch und bedeutet „Licht“, „Voltaik“ kommt von der physikalischen Größe „Volt“. Sie gibt die elektrische Spannung an. Photovoltaik-Anlagen wandeln Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Dafür werden sie auf Hausdächer und freie Felder gebaut, auf die jede Menge Sonne fällt. Eine Anlage besteht aus vielen Solarzellen. Diese Solarzellen sind so groß wie eine Handfläche. 60 solcher Zellen, zu einer Platte zusammengefasst, bilden ein Solarmodul. Das Photovoltaik-Kraftwerk Barderup bei Flensburg, an dem TWL beteiligt ist, produziert mit 80.000 Solarmodulen Strom für 6.000 Familien.

Verschiedene Schichten, eine Solarzelle

Die einzelne Solarzelle ist aufgebaut wie ein Sandwich. Zwischen zwei Metallkontakten liegen mehrere Schichten des chemischen Elements Silizium. Es kommt in nahezu jedem Gestein und in Quarzsand vor und ist ein so genannter Halbleiter. Das bedeutet, dass Silizium nur dann Strom leitet, wenn es warm ist oder Licht auf den Halbleiter einwirkt. Die obere Siliziumschicht ist durch die Zugabe des Elements Phosphor negativ geladen, die untere Schicht der Solarzelle wird durch das Element Bor zum positiv geladenen Pluspol. Dazwischen bildet sich eine elektrische Barriere: die Grenzschicht.

Solarzelle leitet Elektronen durchs Kabel

Sonnenlicht besteht aus vielen winzigen Energieträgern, den Photonen. Trifft ein solches Teilchen in der Solarzelle auf negativ geladene Elektronen, wandern diese in die obere Schicht, wo ein Überschuss an negativer Ladung entsteht. Da sich positive und negative Ladungen anziehen, wollen die Elektronen wieder in die untere Schicht der Solarzelle zurückkehren. Die Grenzschicht verhindert aber eine direkte Verbindung. So gehen die Elektronen den Umweg über ein angeschlossenes Kabel, das die beiden Metallkontakte an der Ober- und Unterseite des Siliziums verbindet: Der Strom kann fließen.