Funktionsprinzip einer Fotozelle

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,

ich habe eine Frage zur genauen Funktion einer Solar-/Fotozelle.
Mit ist soweit klar, dass sich bei der Herstellung des pn-Übergangs eine Ladungsverschiebung und damit ein el.Feld ausbildet, das für die Verschiebung der durch Licht freigeworden Elektronen hin zum n-Teil der Diode sorgt.

Meine Frage nun: Warum sorgen diese Elekronen nicht für einen Ladungsausgleich und eine Verminderung des el. Feldes, sondern werden abgesaugt und sorgen dann für die Spannung der Fotozelle.
Nach meinem Verständnis müsste sich durch die Elektronen das E-Feld verringern und letztendlich keine Spannung abgreifbar sein.

Kann mir evt. jemand bei diesem Denkfehler helfen?

Vielen Dank.

#2

Hallo Schatten der Nacht,

Ich kann Dir vllt. einen Ansatz zur Lösung anbieten.

Durch den kontinuierlichen Photonenstrom des Lichtes werden die frei
beweglichen Elektronen der oberen Schicht zunächst aus ihrer Gitter-
struktur in die untere Schicht verschoben. Dieser Vorgang findet bei
unterbrochenem Stromkreis so lange statt, bis in der oberen Schicht keine beweglichen Elektronen mehr vorhanden sind. Bei weiterer Lichteinstrahlung können sich die Elektronen durch den unterbrochenen Stromkreis aber nicht mehr zurück zur ladungsarmen Schicht bewegen, da
der Photonstrom Dieses innerhalb der Schichten verhindert.
Die sich aufbauende Spannungsdifferenz der P - N Schichten ergibt
sich dabei durch die Geschwindigkeit, mit der die Elektronen durch
die Schichten verschoben werden.

Schließt man nun den Stromkreis nun zum Beispiel durch ein Voltmeter, so können wenige Elektronen durch den hohen Innenwiederstand des
Gerätes im Stromkreis fliessen und zur N - Schicht gelangen.Da es nur wenige Elektronen durch das V - Meter bewegen können,behindern sie sich noch nicht beim erneuten Durchgang durch die Schichten. Daher können sie sich mit maximaler Geschwindigkeit bewegen. Das bewirkt die Leerlaufspannungder Zelle.
Schließt man nun über den Stromkreis einen niederohmigen
Verbraucher an, können sich mehr Elektronen gleichzeitig durch das
System bewegen. In den Schichten behindern sie sich dabei allerdings
und können die Schichten nicht mehr so schnell durchwandern. Hierdurch
wird sich die Leerlaufspannung der Zelle auf ihre Nennspannung absenken.
Durch die Größe der Zelle bestimmt sich die Anzahl der Elektronen, die
gleichzeitig durch das Gitter der Schichten fließen können. Die Menge
der fließenden Elektronen ergeben die maximale Stromstärke im Kreislauf.

Aus Nennspannung und Stromstärke ergibt sich die Leistung der einzelnen Zelle.
Durch Kombinationen von in Reihe geschalteten und Parallel geschalteten Zellen kann man Spannung und Leistung des gesamten
Panels variieren.

Mfg

nutzlos

#3

Hallo Sachtten der Nacht …die 2.

Die Photozelle als Photowiderstand fuktioniert etwas anders.
Hier sind 2 leitende Schichten durch eine nichtleitende Schicht
mit frei beweglichen Elektronen in ihrer Gittersruktur voneinander
getrennt. Im normalen ( unbeleuchteten ) Zustand sind alle Lücken im
Gitter mit Elektronen belegt und es können keine weiteren Elektonen durch diese Gitterstruktur fließen. ( Der wiederstand sperrt…)

Trifft nun Licht auf diese Schicht, so werden durch den Photonenstrom
auch hier bewegliche Elektronen aus dem Gitter gedrängt, und Strom kann
von der leitenden N - Schicht über die Zwischenschicht zur P - Schicht
fließen. ( Im geschlossenen Stromkreis mit Spannungsquelle )

Je intensiver die Lichteinstrahlung wird, desto mehr bewegliche Elektronen werden aus dem Gitter verdrängt…desto mehr Löcher entstehen, die von den Elektronen gleichzeitig durchflossen werden
können. Da der Elektronenfluß dadurch weniger gebremst wird, sinkt der
Widerstand in der Zelle.

Reduziert man die Lichteinstrahlung wider, so kehrt sich dieser Prozess wider um…der Widerstand steigt erneut auf seinen Max - Wert.

Mfg

nutzlos

#4

Hallo, vielen Dank für deine Mühe.

Ich glaube, ich habe mich Fragetitel etwas falsch ausgedrückt, mir ging es vor allem um das Funktionsprinzip einer Solarzelle, aber soweit ich es verstanden habe beziehst du dich ja auf eine solche in deiner ersten Antwort. Der Photowiderstand ist mit deiner Erklärung sehr gut verständlich :wink:

Nun zur Solarzelle, ich fasse mal kurz grob zusammen, wie ich deine Erklärung interpretiere:

Nur Solarzelle:
N-Schicht oben, P-Schicht unten, Sonneneinstrahlung von oben sorgt für Wandern eines Großteils der Elekronen aus dem N- in den P-Teil, el. Feld baut sich auf, Pluspol im N-Teil.

Im geschlossen Stromkreis:
Elektronen aus dem p-Teil sowie aus dem Kabel,… wandern durch das Kabel und eben den Verbraucher zum Pluspol/n-Teil. Dort treffen wieder Photonen auf, sie werden zum P-Teil „gesaugt“ und können wieder in den Stromkreis eintreten.

Habe ich das Ganze richtig verstanden? Wenn ja, dann ist das Prinzip ja wirklich genial und ich hatte die ganze Zeit einen ganz falschen Ansatz.

MfG, Nachtschatten

#5

Hallo Schatten der Nacht,

und weil meine Antworten eine gedankliche Brücke darstellen,

hilft Dir das WWW in seinen Weiten zur optimalen Antwort.

Dem " normalo " Anwender stellen sich solche Fragen nicht…ett mutt
funzen…

Ich habe jetzt mal frei interpretiert, was vor JAHREN mal zu lesen war…

Du willst mehr…also nutze die weiten des www…nimm es als
Diskussionsgrundlage…suche nach den REs oder Kontras in den
weiten des www.

Mfg

nutzlos

#6

Gut vielen Dank, du hast mir auf jeden Fall geholfen. Mal sehen wie es weiter geht :smile:

#7

Hallo Schatten der Nacht,

„Nur Solarzelle:
N-Schicht oben, P-Schicht unten, Sonneneinstrahlung von oben sorgt für Wandern eines Großteils der Elekronen aus dem N- in den P-Teil, el. Feld baut sich auf, Pluspol im N-Teil.“

Mein Verständnis dazu:

Die Schichten polarisieren sich erst mit Auftreffen der Photonen.

Im Physikalischen Stromlauf hast Du mit Deinen Zweifeln recht, da dann
der Pol mit Elektronenüberschuß N wird und Elektronen an P abgibt.

Der Technische Stromlauf im Schaltplan bezieht sich auf einen Stromlauf von P nach N…obwohl es bei den physikalischen Gegebenheiten bleibt.
Daher wird in meiner 1. AW ein Denkfehler in der Bezeichnung P und N
vorliegen…beide vertauscht.

Die Leitfähigkeit des Leiters ( z.B. Kupfer ) wird durch den Anteil an
frei beweglichen Elektronen im Metallgitter bestimmt.
Je mehr, desto besser der Leiter.
Konstantan hat nur sehr wenige frei bewegliche Elektronen.

Du hast recht, Ich werde auch noch mal googeln.

Mfg

nutzlos