Ladungstrennung bei einer Solarzelle

Hallo zusammen,

im Physikunterricht haben wir uns (vor den Ferien) mit Halbleitern und schließlich auch mit der Solarzelle beschäftigt. Ich habe die Funktionsweise generell verstanden, aber beim Nachforschen bin ich nun auf die Frage gestoßen, wo denn genau die Trennung der Elektronen-Loch-Paare erfolgt. Da mein Physiklehrer und diverses Webseiten Unterschiedliches behaupten, hoffe ich, dass mir jemand von euch helfen kann:

Werden die Elektronen-Loch-Paare denn jetzt in der p-Schicht getrennt oder in der Raumladungszone?

Ich finde letzteres eigentlich sinnvoller, da dort ja sehr viele (kombinierte) Elektronen-Lock-Paare vorhanden sind.

Danke für eure Antworten,
DenX

Hallo,

ich bin eher Praktiker als Physiker :smile:
Deshalb kann ich nur folgendes Aussagen:

Das z.B mit Phosphor dotierte Silizium hat Elektronenmangel also sog. Elektronenlöcher (N-Schicht). Und das mit Bor dotierte Silizium (P-Schicht) hat Elektronenüberschuss auf den Außenbahnen eines Atoms (Valenzelektronen). Also erfolgt die Trennung durch die Dotierung in der P-Schicht und die Elektronen wandern durch die Raumladungszone…

MfG Oli

hallo

wikipedia.org kennst du schon, oder?

da steht wie folgt:

Solarzellen aus Halbleitermaterialien sind im Prinzip wie großflächige Photodioden aufgebaut. Sie werden jedoch nicht als Strahlungsdetektor, sondern als Stromquelle betrieben.

Die Besonderheit von Halbleitern ist, dass sie durch zugeführte Energie (elektromagnetische Strahlung) freie Ladungsträger erzeugen (Elektronen und Löcher, siehe Generation). Um aus diesen Ladungen einen elektrischen Strom zu erzeugen, ist ein internes elektrisches Feld nötig, um die erzeugten Ladungsträger in unterschiedliche Richtungen zu lenken.

Dieses interne elektrische Feld wird durch einen p-n-Übergang erzeugt. Da Licht in Materialien gewöhnlich exponentiell schwächer wird, muss dieser Übergang möglichst nahe an der Oberfläche liegen, und die Übergangszone mit dem elektrischen Feld sollte möglichst weit in das Material hineinreichen. Diese Übergangszone (Raumladungszone) wird durch gezielte Dotierung des Materials eingestellt (siehe Halbleitertechnologie). Um das gewünschte Profil zu erzeugen, wird gewöhnlich eine dünne Oberflächenschicht stark n-dotiert, die dicke Schicht darunter schwach p-dotiert. Das hat eine weitreichende Raumladungszone zur Folge. Wenn in dieser Übergangszone nun Photonen einfallen und Elektronen-Loch-Paare erzeugen (Photoeffekt), so werden durch das elektrische Feld die Löcher zum untenliegenden p-Material beschleunigt und umgekehrt die Elektronen zum n-Kontakt auf der (sonnenzugewandten) Oberseite. Ein Teil der Ladungsträger rekombiniert auf dieser Strecke und geht in Wärme verloren, der übrige Photostrom kann direkt von einem Verbraucher benutzt, in einem Akkumulator zwischengespeichert oder mit einem netzgeführten Wechselrichter in das Stromnetz eingespeist werden. Die elektrische Spannung bei maximaler Leistung (Maximum Power Point, Leistungsanpassung) liegt bei den gebräuchlichsten Zellen (kristalline Siliziumzellen) bei etwa 0,5 V.

wenn dein physiklehrer was anderes behauptet, muss er dies nur beweisen. ich werde ihn dann fuer den nobelpreis vorschlagen :smile:

lg

gerd.

Hallo Oli,

so wie ich das verstanden habe, hat mit Phosphor dotiertes Silizium den Elektronenüberschuss, da ja Phosphor ein Außenelektron mehr hat, und ist somit n-dotiert. Bor hat ein Außenelektron weniger, im p-dotierten Silizium gibt es somit „Löcher“.
Aber Danke für den Erklärungsversuch =)

Gruß,
DenX

Hallo Gerd,

natürlich kenne ich Wikipedia. Wie ich in meiner Anfrage geschrieben habe, behaupten einige Webseiten anderes als mein Physiklehrer. Die Erklärung aus der Wikipedia fand ich bei meinen Recherchen so überzeugend, dass ich die Version meines Physiklehrers anzweifeln musste. Daher habe ich gehofft, dass jemand hier vielleicht noch andere Informationsquellen hat (weil er zum Beispiel Physik studiert,…) und mir bestätigen kann, dass die Ladungstrennung in der Raumladungszone stattfindet.

Bevor ich mir eine Erklärung merke und sie dann falsch ist, wollte ich lieber nachfragen. Ich werde das Thema auf jeden Fall in Physik noch einmal ansprechen.

Trotzdem Danke für dein Wikipedia-Zitat,
DenX

sorry da kann ich dir nicht weiterhelfen