Die erneuerbaren Energien - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 181

erhöht, um den Primärenergiebedarf von ⋅ kWh⋅a − insgesamt zu decken, so erhöht
sich das Kohlenstonventar der Atmosphäre auf einen Wert

, (

,
))⋅

mol,

n A =(

− − − = ⋅ (6.41)

das heißt, es wird 67 % mehr Kohlendioxid in der Atmosphäre sein, als es heute der Fall
ist, und der Kohlenstoffgehalt des Humus wird um 36 % zurückgegangen sein.
Dies ist natürlich der Extremfall und er stellt wegen der nachhaltigen Waldbewirtschaf-
tung einen neuen Gleichgewichtszustand zwischen Atmosphäre und Biosphäre her. Dar-
in unterscheidet sich die Waldbewirtschatung von der Verbrennung der fossil biogenen
Energieträger, die den CO -Gehalt der Atmosphäre so lange ansteigen lässt, bis alle Ener-
gieträger verbrannt sind.

6.3 Die Solarenergie: Fotovoltaik

Die direkte Umwandlung der Solarenergie in elektrische Energie findet in der Natur nicht
statt.DieserWandlungsmechanismusistvomMenschenentdecktworden.Die Entdeckung
basiert auf der Existenz von Halbleitern, die Wandlungstechnik benutzt die Eigenschaten
der Halbleiter. Halbleiter sind die Elemente in der 4. Hauptgruppe des periodischen Sys-
tems , die bekanntesten sind Silizium (Si) und Germanium (Ge). Darüberhinaus kann man
auch Mischhalbleiter aus Elementen der 3. und 5. Hauptgruppe herstellen, ein Beispiel ist
das Galliumarsenid (GaAs). In dem Abschn. 6.1.1 haben wir die Eigenschaten von Halb-
leitern kurz beschrieben. Wichtige Eigenschaten sind:

• Durch Lichtabsorption wird ein Elektron aus dem Valenzband in das Leitungsband
transportiert.
• Durch den Elektronentransport bleibt ein Elektrondefizit ( Elektronloch )indemVa-
lenzband zurück.
• Das Elektron ist im Leitungsband, das Elektronloch ist im Valenzband frei beweglich.

Aufgrund ihrer Beweglichkeit würden Elektron und Loch nach kurzer Zeit rekombinie-
ren und das vorher absorbierte Photon wieder emittieren. Damit aus den Elektronen und
den Löchern elektrische Ströme entstehen können, muss ihre Rekombination verhindert
werden. Und das geschieht mithilfe eines elektrischen Felds , das durch den Halbleiter in
dem Halbleiter erzeugt wird. Dazu werden zwei Halbleiter mit Fremdatomen dotiert, und
zwar der eine Halbleiter mit Atomen, die Elektronen aufnehmen (zum Beispiel Bor (B):
p-Dotierung), der andere Halbleiter mit Atomen, die Elektronen abgeben (zum Beispiel
Phosphor (P): n-Dotierung). Bringt man die so dotierten Halbleiter in elektrischen Kon-
takt, so wandernElektronen aus dem n-dotierten in das p-dotierte Material und es entsteht
eine Zone mit wenig frei beweglichen Ladungsträgern, die Sperrzone . In der Sperrzone