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wegen können. Halbleiterwerkstoffe verfügen normalerweise genau über diese Eigen-
schaften. Lichtteilchen, die in der Physik Photonen genannt werden und den Gummibällen
entsprechen, können hier Elektronen auf die zweite Ebene anheben.
Leiter, Nichtleiter und Halbleiter
Leiter wie Kupfer leiten elektrischen Strom immer verhältnismäßig gut, Nichtleiter
wie verschiedene Kunststoffe so gut wie gar nicht. Halbleiter hingegen leiten - wie
der Name schon andeutet - elektrischen Strom nur manchmal, zum Beispiel bei hohen Tempera-
turen, bei Anlegen einer elektrischen Spannung oder durch Bestrahlen mit Licht. Diese Effekte
werden bei der Herstellung von elektronischen Schaltern wie Transistoren, Computerchips,
speziellen Sensoren und auch Solarzellen genutzt.
Neben elementaren Halbleitern wie Silizium (Si) und Verbindungshalbleitern wie Gallium-
arsenid (GaAs), Cadmiumtellurid (CdTe) oder Kupferindiumdiselenid (CuInSe
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) gibt es auch
organische Halbleiter. Alle genannten Materialen werden in der Photovoltaik verwendet.
Für eine einwandfreie Funktion in unserem einfachen Modell ist die Neigung wichtig, da
sich sonst das Wasser nicht von selbst in der Regenrinne sammelt. Auch bei Halbleitern
muss die zweite Ebene über ein Gefälle verfügen, mit dem sich die Elektronen auf einer
Seite sammeln. Im Gegensatz zu unserem einfachen Modell wird für das Sammeln nicht
die Schwerkraft, sondern ein elektrisches Feld genutzt, das die negativ geladenen Elektro-
nen auf eine Seite zieht. Um dieses Feld herzustellen, wird der Halbleiter dotiert. Hierzu
wird eine Seite der Halbleiterscheibe mit Elementen wie Bor und die andere Seite mit an-
deren Elementen wie Phosphor gezielt verunreinigt. Da Bor und Phosphor selbst eine un-
terschiedliche Anzahl von Elektronen haben, erzeugen diese das notwendige Gefälle. Der
Übergangsbereich heißt Raumladungszone. Hier entsteht ein elektrisches Feld, das Elek-
tronen auf eine Seite zieht. Externe Kontakte sammeln sie dort. Über einen äußeren Strom-
kreis fließen sie zurück zur ersten Ebene. Dabei geben Sie elektrische Energie ab.
Abbildung 5.2
zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Siliziumsolarzelle. Die verschieden
dotierten Seiten der Siliziumscheibe nennt man im Fachjargon n-dotiertes und p-dotiertes
Silizium. Zwischen beiden Bereichen befindet sich die Grenzschicht mit der Raumla-
dungszone. Licht in Form von Photonen trennt nun negative Ladungsteilchen (Elektronen)
und positive Ladungsteilchen (Löcher) und sorgt dafür, dass sich die Elektronen in einer
zweiten Ebene frei bewegen können. Im Gegensatz zum einfachen Modell sind Löcher
ebenfalls beweglich. Durch die Raumladungszone werden Elektronen und Löcher getrennt.
Dünne Frontkontakte sammeln die Elektronen auf der Vorderseite der Zelle.
Nicht jedes Lichtteilchen sorgt aber dafür, dass ein Elektron von einem Loch getrennt
wird. Ist die Energie des Photons zu gering, fällt das Elektron in das Loch zurück. Ist die
Energie des Photons hingegen zu groß, wird nur ein Teil genutzt, um das Elektron vom
Loch zu trennen. Einige Photonen gehen auch ungenutzt durch die Solarzelle, andere wer-
den von den Frontkontakten reflektiert.
