1839 entdeckte der französische Wissenschaftler Alexandre E. Becquerel den
photoelektrischen Effekt:
Als er ein Plättchen aus dem Element Selen ins helle
Sonnenlicht hielt, konnte er eine Spannung messen. Ursache dafür ist die
Tatsache, dass die Photonen des Sonnenlichts die Elektronen in bestimmten
Stoffen so sehr mit Energie "voll-pumpen", dass diese sich vom Atom
lösen, an das sie normalerweise gebunden sind. Sie bewegen sich sodann frei im
Kristallgitter des Stoffes. Freie Elektronen sind das, was man als Elektrizität
bezeichnet. Es geht nun darum, die Elektronen in die richtige Richtung zu
lenken, damit sie sinnvoll genutzt werden können. Genau das geschieht in
Solarzellen.
In der Regel bestehen Solarzellen heute aus dem Stoff Silizium, dem
häufigsten Element der Erdkruste. In einer Solarzelle müssen die freien
Elektronen zu den Kontakten wandern. Dazu impft man Vorder- und Rückseite der
Solarzelle mit einer sehr kleinen Anzahl bestimmter Atome. Auf die eine Seite
kommen Phosphor-, auf die andere Seite Boratome. Während beim Siliziumatom vier
Elektronen auf der äußersten Bahn um den Kern sausen, sind es beim Bor nur drei
Elektronen, beim Phosphor aber fünf.
Auf diese Weise entsteht auf der
Phosphor-Seite der Solarzelle ein Überschuss an Elektronen gegenüber den
Siliziumatomen, auf der Bor-Seite ein Mangel.
Nachdem die Phosphor- und Boratome eingeimpft worden sind, wird auf der
Vorder- und Rückseite noch ein Kontakt aufgebracht. Auf der dem Licht
zugewandten Seite besteht der Kontakt aus einem Gitter, damit möglichst
viel Sonnenlicht in die Solarzelle eindringen kann. Wenn die Photonen des Lichts
im Silizium Elektronen freigesetzt haben, werden diese zu der Bor geimpften
Seite gezogen und gelangen so zu einem der beiden Kontakte. Wird zwischen den
Kontakten ein Verbraucher angeschlossen, fließt ein elektrischer Strom.
