Photoeffekt

Der Photoeffekt ist ein fundamentales physikalisches Phänomen, das die Grundlage für die Funktionsweise von Solarzellen und damit der Photovoltaik bildet. Vereinfacht ausgedrückt beschreibt er die Emission von Elektronen aus einem Material, wenn dieses von elektromagnetischer Strahlung, wie beispielsweise Licht, getroffen wird.

Wie funktioniert der Photoeffekt?

Atome bestehen aus einem Atomkern, um den Elektronen auf bestimmten Energie-Niveaus kreisen. Wenn ein Photon (ein Lichtteilchen) auf ein Elektron trifft, kann es diesem ausreichend Energie zuführen, um sich aus der Bindung des Atoms zu lösen. Das freigesetzte Elektron wird als Photoelektron bezeichnet.

Arten des Photoeffekts:

• Äußerer Photoeffekt: Hier werden Elektronen vollständig aus dem Material herausgelöst und können als elektrischer Strom genutzt werden. Dieser Effekt ist für die Energieerzeugung in Solarzellen von zentraler Bedeutung.
• Innerer Photoeffekt: Die durch die Photonen angeregten Elektronen bleiben zwar im Material, können sich jedoch in diesem freier bewegen. Dieser Effekt ist beispielsweise für die Funktionsweise von Fotowiderständen relevant.

Entdeckung und Bedeutung:

Der Photoeffekt wurde Ende des 19. Jahrhunderts von Heinrich Hertz entdeckt und später von Albert Einstein theoretisch beschrieben. Für seine Arbeiten zum Photoeffekt erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik. Der Photoeffekt war ein wichtiger Baustein für die Entwicklung der Quantenmechanik und bildet heute die Grundlage für zahlreiche technische Anwendungen, neben der Photovoltaik auch beispielsweise für Fotozellen, Bildsensoren in Kameras und Photomultiplier.

Relevanz für die Photovoltaik:

In einer Solarzelle wird der äußere Photoeffekt gezielt ausgenutzt. Durch die Bestrahlung mit Sonnenlicht werden in den Solarzellen Elektronen freigesetzt. Diese Elektronen werden in einem elektrischen Feld gesammelt und fließen als Strom. Der erzeugte Gleichstrom kann dann in Wechselstrom umgewandelt und ins Stromnetz eingespeist werden.

Stichworte: Photovoltaik, Solarzelle, Gleichstrom, Wechselstrom