p/n-Übergang

Ein p-n-Übergang ist die grundlegende Baueinheit einer Solarzelle und stellt die Schnittstelle zwischen einem p-dotierten und einem n-dotierten Halbleiter dar. Diese Verbindung ist von entscheidender Bedeutung für die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie.

Funktionsweise

• Dotierung: Um einen p-n-Übergang zu erzeugen, wird ein Halbleitermaterial wie Silizium gezielt mit Fremdatomen dotiert. In einem p-dotierten Bereich überwiegen Löcher (positive Ladungsträger), während in einem n-dotierten Bereich Elektronen (negative Ladungsträger) vorherrschen.
• Diffusion: Beim Zusammenbringen der beiden dotierten Bereiche kommt es zu einer Diffusion der Ladungsträger. Elektronen diffundieren aus dem n-Bereich in den p-Bereich und Löcher aus dem p-Bereich in den n-Bereich.
• Raumladungszone: Diese Diffusion führt zur Bildung einer Raumladungszone, einer Zone, in der die freien Ladungsträger fehlen. An den Rändern dieser Zone bilden sich entgegengesetzte Raumladungen, die ein elektrisches Feld erzeugen.
• Elektrisches Feld: Das elektrische Feld wirkt der weiteren Diffusion der Ladungsträger entgegen und bildet eine Barriere.

Bedeutung für die Photovoltaik

• Ladungstrennung: Trifft Licht auf den p-n-Übergang, werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt. Das elektrische Feld in der Raumladungszone trennt diese Ladungsträger räumlich voneinander. Die Elektronen werden in den n-Bereich und die Löcher in den p-Bereich getrieben.
• Stromfluss: Durch die angelegten Kontakte an den äußeren Enden der Solarzelle entsteht ein elektrischer Strom, der genutzt werden kann.

Zusammenfassung

Der p-n-Übergang ist das Herzstück einer Solarzelle. Durch die gezielte Dotierung von Halbleitern und die daraus resultierende Raumladungszone wird die Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie ermöglicht.

Relevante Stichworte: Photovoltaik, Solarzelle, Halbleiter, Dotierung