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Photoelektrischer Effekt

Der Photoelektrische Effekt bezeichnet die direkte Umwandlung von Licht in Strom: Trifft Licht auf die Photoelemente, entsteht elektrische Spannung. Dieses physikalische Prinzip bildet die Grundlage für die gesamte Photovoltaik.

Photoelemente (auch: Solarzellen), sind Halbleiterelemente und bestehen meist aus Silizium. Sie setzen sich aus unterschiedlich leitfähigen, aneinandergrenzenden Halbleiterschichten und bilden ein inneres elektrisches Feld. Die positiv dotierte Halbleiterschicht (p-Schicht) leitet den Strom aufgrund fehlende Elektronen durch die sogenannte Löcherleitung. Die angrenzende negativ leitende n-Schicht leitet durch Elektronen.

Trifft nun Licht auf diese Anordnung, kann die Strahlungsenergie der Lichtquanten (Photonen) Elektronen aus dem Atomgitter des Halbleiters herausschlagen. Diese negativ geladenen Elektronen sind frei beweglich und hinterlassen an ihrem ursprünglichen Platz im Atomgitter eine positive Ladung, ein Loch, zurück. Durch das innere elektrische Feld bewegen sich die beiden elektrischen Ladungen, also negative Elektronen und positive Löcher, in unterschiedlichen Richtungen. Die Elektronen wandern in den n-Leiter, die Löcher in den p-Leiter. Dadurch entsteht eine Potenzialdifferenz, also eine elektrische Spannung. Wird der Stromkreis über einen Verbraucher geschlossen, fließt der Strom und die Energie kann genutzt werden.

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