Die erneuerbaren Energien - Die Zukunft Unserer Energieversorgung - page 186

Abb. 6.19 Die Spannungspo-
lung an einer Halbleiterdiode
in Sperrrichtung ( a )undin
Durchlassrichtung ( b ). In
Sperrrichtung fließt nur der
minimale Dunkelstrom I ,des-
sen Stärke temperaturabhängig
ist

a b

− +

+ −

0

p−
dotiert

n−
dotiert

p−
dotiert

n−
dotiert

Sperrrichtung Durchlassrichtung

U < 0 U > 0

6.3.1 P-Ebene: Die Eigenschaften einer Fotodiode

Grundlage für die Fotovoltaik ist die mit Licht bestrahlte Halbleiterdiode. Auf ihre physi-
kalischen Eigenschaten wollen wir kurz eingehen.

Die Halbleiterdiode als Fotodiode
Die Halbleiterdiode hat die Eigenschat, dass im Prinzip ein elektrischer Strom nur fließt,
wenn die Spannung U mit der richtigen Polarität, das heißt U , an die Diodegelegt wird,

siehe Abb. 6.19 . Der Grund ist offensichtlich: Ist die Spannung an der Diode in Durchlass-
richtung gepolt, so werden die aus dem n-dotierten Material in das p-dotierte Material
dritenden Elektronen kontinuierlich aus dem negativen Pol der Spannungsquelle ersetzt
und von dem positiven Pol der Spannungsquelle entfernt. Bei Vertauschung der Polari-
tät ist das nicht möglich: Nachdem einige Elektronen vom n-dotierten in den p-dotierten
Bereich gedritet sind, wird der Stromfluss unterbrochen, weil die aus dem n-dotierten Be-
reich abgewanderten Elektronen nicht ersetzt werden.
Natürlich fließt auch für U

>

ein sehr kleiner Strom, der Sperrstrom I ,durchdie
Diode, der von Elektron-Loch-Paaren stammt, die in der Sperrzone bei der Temperatur T
thermisch erzeugt werden. Der Sperrstrom ist daher temperaturabhängig

<

Δ W
kT )

I = I ,max exp (− . (6.47)

Obwohl I sehr klein ist, ist I ,max sehr groß, denn der exponentielle Faktor ist für Δ W =

eV bei Zimmertemperatur T von der Größenordnung

Δ W
kT )≈

− .

exp (− (6.48)

Die Anzahl der in der Sperrzone gebildeten Elektron-Loch-Paare wird aber dramatisch
erhöht, wenn die Sperrzone beleuchtet wird und die Paare durch die Absorption des Lichts
entstehen.
Die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Halbleiterdiode ohne und mit Beleuchtung
sieht schematisch so aus, wie es in der Abb. 6.20 gezeigt ist. Dabei ist die Kennlinie bewusst