Das Thema ist in aller Munde, auf vielen Dächern sieht man sie, doch kaum jemand weiß, was genau dahinter steckt. Unter Photovoltaik versteht man die direkte Stromgewinnung aus Sonnenenergie mit Hilfe von Solarzellen, die zu Modulen zusammengefasst werden.

Solarzellen werden meistens aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Halbleiter haben die Eigenschaft, nur unter bestimmten Bedingungen als elektrischer Leiter zu fungieren. Die Leitfähigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu. Durch das Einbringen von Fremdatomen kann die Leitfähigkeit zusätzlich genau beeinflusst werden. Diesen Vorgang nennt man Dotieren.

In einer Solarzelle liegen zwei Siliziumschichten übereinander. Die der Sonne zugewandte Seite ist mit Phosphor negativ dotiert. Es herrscht dort ein Elektronenüberschuss, so dass die obere Schicht der Minuspol ist. Die darunter liegende Schicht wird mit Bor positiv dotiert, so dass hier ein Elektronenmangel herrscht: der Pluspol. Zwischen den beiden Schichten bildet sich eine nicht leitende Grenzschicht.

Sonnenlicht zur
Stromerzeugung nutzen

Fällt nun Sonnenlicht auf die obere Schicht, werden Ladungen freigesetzt und es baut sich eine elektrische Spannung in der Grenzschicht auf, die durch Kontakte auf der Vorder- und Rückseite der Zelle zur Stromgewinnung genutzt werden kann. Es fließt ein Gleichstrom, der durch einen Wechselrichter in den für die Einspeisung ins Stromnetz benötigten Wechselstrom umgewandelt wird.

Solarzellen haben den großen Vorteil, keine Abnutzungserscheinungen zu zeigen und meist völlig wartungsfrei Strom zu produzieren. Zudem steht der Rohstoff Silizium nahezu unbegrenzt zur Verfügung. In den vergangenen Jahren wurde daran gearbeitet, den Wirkungsgrad von Solarzellen immer weiter zu steigern. Unter Wirkungsgrad versteht man das Verhältnis aus der erzeugten Leistung und der Leistung der einfallenden Sonnenstrahlung. Derzeit werden für die Produktion maximal 17 Prozent erreicht. Theoretisch ist bei Siliziumzellen ein Wirkungsgrad von 28 Prozent möglich. Durch die Leiteigenschaften von Silizium arbeitet eine Solarzelle umso besser, je kühler sie ist, da sich dann eine höhere Spannung zwischen den beiden Schichten aufbauen kann.

Neue Techniken bei
der Fotovoltaik

Interessante Entwicklungen gibt es im Bereich der Photovoltaik bei der Entwicklung von organischen Solarzellen. Hierbei werden organische Materialien verwendet. Bei der Grätzel-Zelle kommen beispielsweise Farbstoffmoleküle und Titanoxid-Nanopartikel zum Einsatz. Auch wenn der Wirkungsgrad von Erzeugung von Strom bislang hinter dem der Siliziumzellen zurückbleibt, fallen wesentlich geringere Produktionskosten an. Zusätzlich wäre es hier möglich, Folien zu entwickeln, die auf Fenster aufgeklebt werden können.