Aufbau einer Solarzelle - Photovoltaikanlagen - einfach und anschaulich erklärt

Summary

In diesem Video wird der Aufbau und die Funktionsweise einer Solarzelle erklärt. Der Sprecher beschreibt die verschiedenen Schichten, die in einer Solarzelle verwendet werden, einschließlich des P-dotierten und N-dotierten Siliziums sowie der Rolle des P-N-Übergangs. Es wird erläutert, wie Licht in elektrische Energie umgewandelt wird und wie die Elektronen durch die vorderen und hinteren Kontakte der Solarzelle gesammelt werden. Der Wirkungsgrad und die tatsächliche Leistung einer Solarzelle werden ebenfalls thematisiert, wobei die Theorie und die realen Bedingungen verglichen werden.

Takeaways

• 😀 Eine Solarzelle hat die Standardgröße von 15 x 15 cm und eine Dicke von etwa 0,3 mm.
• 😀 Der Aufbau einer Solarzelle besteht aus verschiedenen Schichten, darunter ein Rückseitenkontakt, p-dotiertes Silizium und n-dotiertes Silizium.
• 😀 Der P-N-Übergang zwischen den Schichten erzeugt die sogenannte Sperrschicht, die für die Energieumwandlung verantwortlich ist.
• 😀 Der Rückseitenkontakt dient als positive Elektrode und ist eine einfache Metallplatte, die die Spannung bereitstellt.
• 😀 Das p-dotierte Silizium sorgt für die positive Ladung, während das n-dotierte Silizium die negative Ladung liefert.
• 😀 Das Licht trifft auf die Vorderseite der Solarzelle und regt Elektronen an, die dann durch die Schichten wandern.
• 😀 Die Elektronen werden über die Vorderseitenkontakte abgeführt, was zu einem Stromfluss führt, der genutzt werden kann.
• 😀 Eine einzelne Solarzelle hat eine Spannung von etwa 0,5 V, wobei der Leerlaufwert bis zu 0,6 V betragen kann.
• 😀 Die Stromstärke einer Solarzelle beträgt bei einer Fläche von 0,01 Quadratmetern theoretisch 3 Ampere.
• 😀 Der tatsächliche Wirkungsgrad einer Solarzelle liegt meist bei etwa 20 %, abhängig von der Lichtintensität und den verwendeten Materialien.

Q & A

Was ist der Aufbau einer Solarzelle?

Eine Solarzelle besteht aus einer Rückseitenkontakt-Metallplatte, die als positive Elektrode dient, und zwei Schichten Silizium: eine p-dotierte Siliziumschicht und eine n-dotierte Siliziumschicht. Zwischen diesen beiden Schichten entsteht eine Sperrschicht oder ein pn-Übergang.

Was ist der Zweck der p- und n-dotierten Siliziumschichten?

Die p-dotierte Siliziumschicht hat ein Überschuss an positiven Ladungsträgern (Löchern), während die n-dotierte Schicht ein Überschuss an negativen Ladungsträgern (Elektronen) enthält. Diese unterschiedlichen Schichten erzeugen ein elektrisches Feld, das die Elektronen bewegt und so Strom erzeugt.

Welche Funktion hat die Sperrschicht in der Solarzelle?

Die Sperrschicht oder der pn-Übergang ist der Bereich zwischen der p- und n-dotierten Schicht, in dem die Elektronen und Löcher getrennt werden, was zur Entstehung eines elektrischen Feldes führt, das den Stromfluss ermöglicht.

Was ist der Unterschied zwischen dem Rückseitenkontakt und dem Vorderseitenkontakt?

Der Rückseitenkontakt ist eine Metallplatte, die als positive Elektrode dient, während der Vorderseitenkontakt kleine Metallstreifen auf der Oberfläche der Solarzelle darstellt, die die Elektronen aufnehmen und weiterleiten.

Wie wird der Strom in einer Solarzelle erzeugt?

Der Strom wird durch den photoelektrischen Effekt erzeugt, bei dem Licht auf die Solarzelle trifft und Elektronen aus der Sperrschicht herausgelöst werden. Diese Elektronen bewegen sich durch den Schaltkreis und erzeugen so elektrischen Strom.

Welche Rolle spielen die Metallstreifen auf der Vorderseite der Solarzelle?

Die Metallstreifen auf der Vorderseite der Solarzelle fangen die Elektronen auf, die durch das Licht angeregt wurden, und leiten sie weiter, um sie in einem Stromkreis zu nutzen.

Wie dick ist eine typische Solarzelle?

Eine typische Solarzelle hat eine Dicke von etwa 0,3 Millimetern, wobei die p-dotierte und n-dotierte Siliziumschicht jeweils nur etwa 0,002 Millimeter dick ist.

Wie viel Strom kann eine Solarzelle theoretisch erzeugen?

Eine Solarzelle kann theoretisch bis zu 3 Ampere Strom erzeugen, wenn sie eine Fläche von 0,01 Quadratmetern hat, was einer Zelle mit den Maßen 10x10 cm entspricht. In der Realität ist dieser Wert jedoch oft niedriger.

Was sind Standard-Testbedingungen (STC) für Solarzellen?

Standard-Testbedingungen (STC) sind experimentelle Bedingungen, unter denen Solarzellen getestet werden, um deren Leistung zu bewerten. Dazu gehören ein bestimmter Lichtabstand und eine bestimmte Lichtstärke, die in Laborbedingungen simuliert werden.

Warum hat eine Solarzelle keinen 100%igen Wirkungsgrad?

Eine Solarzelle hat keinen 100%igen Wirkungsgrad, da nicht alles Licht auf die Solarzelle trifft und nicht jedes Photon ausreicht, um ein Elektron zu lösen. Der Wirkungsgrad liegt üblicherweise bei etwa 20%, abhängig von der Technologie und den verwendeten Materialien.