Dotierung
In der Photovoltaik bezeichnet Dotierung die gezielte Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit eines Halbleitermaterials, in der Regel Silizium. Durch das Einbringen von Fremdatomen in das kristalline Gitter des Halbleiters werden zusätzliche Ladungsträger (Elektronen oder Löcher) erzeugt. Diese Ladungsträger ermöglichen erst den elektrischen Stromfluss und sind somit essentiell für die Funktion einer Solarzelle.
Arten der Dotierung:
- n-Dotierung: Hierbei werden dem Silizium Fremdatome mit fünf Valenzelektronen (z.B. Phosphor) hinzugefügt. Diese geben ein zusätzliches Elektron ab, das sich frei im Kristallgitter bewegen kann und somit einen negativen Ladungsträger darstellt.
- p-Dotierung: In diesem Fall werden dem Silizium Fremdatome mit drei Valenzelektronen (z.B. Bor) hinzugefügt. Diese nehmen ein Elektron aus dem Siliziumgitter auf, wodurch ein positiver Ladungsträger (Loch) entsteht.
Funktion in der Solarzelle:
In einer Solarzelle werden n- und p-dotierte Schichten übereinandergelegt. An der Grenzfläche entsteht ein elektrisches Feld, der sogenannte p-n-Übergang. Trifft Licht auf die Solarzelle, werden Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband angehoben. Diese freien Elektronen diffundieren in den p-dotierten Bereich, während die Löcher in den n-dotierten Bereich wandern. An den Elektroden der Solarzelle werden die Ladungsträger getrennt und ein elektrischer Strom fließt.
Bedeutung der Dotierung:
- Erzeugung eines elektrischen Feldes: Der p-n-Übergang ist die Grundlage für die Trennung der Ladungsträger und damit für die Erzeugung einer Spannung.
- Einstellung der elektrischen Eigenschaften: Durch die Wahl der Dotierstoffe und deren Konzentration können die elektrischen Eigenschaften der Solarzelle gezielt beeinflusst werden.
- Optimierung der Effizienz: Die Dotierung ist ein wichtiger Parameter zur Optimierung des Wirkungsgrads von Solarzellen.
Zusammenfassung:
Die Dotierung ist ein zentraler Prozess in der Herstellung von Solarzellen. Durch die gezielte Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit des Siliziums wird die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie ermöglicht. Die n- und p-Dotierung sind dabei die beiden grundlegenden Verfahren, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften zu erzielen.
Ergänzende Begriffe: Halbleiter, p-n-Übergang, Leitungsband, Valenzband