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Abb. 6.9 Schematische Dar-
stellung der Lichtabsorption in
einem metallischen Leiter ( a )
und in einem Halbleiter ( b ).
Nur im Halbleiter müssen die
Elektronen die Bandlücke Δ W
überwinden
a
b
Leitungsband
Leitungsband
W
W
Valenzband
Valenzband
Oberfläche reflektieren. Und außerdem wandelt ein schwarzer Körper die elektromagne-
tische Energie der Lichtstrahlung in thermische Energie um, wobei in den meisten Fällen
ein Verlust an Exergie autritt. Lässt sich ein besserer Umwandlungsprozess finden?
In der Natur wird die Energie der Lichtstrahlung mithilfe der Fotosynthese in chemi-
sche Energie umgewandelt. Im nächsten Abschnitt werden wir uns damit beschätigen. Es
gibt aber bisher kein großtechnisches Verfahren,das diesen natürlichen Prozess nachahmt.
Dagegen gibt es ein technisches Verfahren, die Energie der Lichtstrahlung in elektrische
Energie umzuwandeln, das man nun ähnlich in der Natur nicht findet. Dieses Verfahren
benutzt die elektronische Struktur von Festkörpern und wir wollen uns am Ende dieses
Abschnitts noch kurz mit den Eigenschaten von Festkörpern befassen.
Ein Festkörper wird gebildet, wenn sich seine Atome regelmäßig zu einem Gitter
zusammenlagern. Aufgrund dieser regelmäßigen Atomanordnung verwandeln sich die
elektronischen Zustände eines freien Atoms in die eines Festkörpers. Die Elektronen, die
am schwächsten an den Atomkern gebunden sind, besetzen im Festkörper Zustände, die
energetisch sehr nahe beieinander liegen, und die man deswegen als die Zustände eines
Energiebands bezeichnet. Innerhalb eines Energiebands können sich die Elektronen fast
frei bewegen, was zur elektrischen Leitung führt. Dieses Energieband wird daher auch
Leitungsband “ genannt. Energetisch etwas tiefer und durch eine Bandlücke Δ W vom
Leitungsband getrennt, befindet sich das „ Valenzband “. Die Anzahl der Elektronen im
Leitungsband bestimmt die elektronischen Eigenschaten eines Festkörpers.
Ist das Leitungsband vollständig mit Elektronen gefüllt, so ist der Festkörper ein elek-
trischer Nichtleiter .
Ist das Leitungsband zur Hälte mit Elektronen gefüllt, so ist der Festkörper ein elektri-
scher Leiter .
Ein Sonderfall tritt ein, wenn das Leitungsband bei der Temperatur T
K keine Elek-
tronen enthält. Bei einer kleinen Bandlücke Δ W reicht dann ot die thermische Energie
bei Temperatur T
=
K, damit Elektronen einen Übergang vom Valenzband in das Lei-
tungsband machen können. Festkörper, bei denen dieses möglich ist, bezeichnet man
als Halbleiter .
>
Die Halbleiter sind die Festkörper, die es erlauben, die Energie der Sonnenstrahlung di-
rekt in elektrische Energie umzuwandeln, wie es in der Abb. 6.9 schematisch dargestellt ist.
 
 
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