Stimmt meine Erklärung der Solarzelle? - Ich bin selbst nicht zufrieden!?

2 Antworten

Aaaalso … es gibt drei verschiedene Funktionsweisen von Solarzellen:

  • "Klassische" Solarzellen, oder die, die zuerst entdeckt wurden, diffundieren angeregte Elektronen (im p-dotierten Material) in das Raumladungsfeld des pn-Übergangs und werden dort zum n-dotierten Material beschleunigt. Aufgrund des Raumladungsfeldes des Übergangs können diese Elektronen nicht "wieder zurück" und erzeugen an der n-dotierten Elektrode einen Elektronenüberschuss. (Entsprechendes für Elektronenmangelstellen, vulgo: "Löcher", im n-dotierten Material. Nur: "Löcher" können nicht diffundieren, sie driften.) Dabei wähle ich das Material so, dass die Diffusionslängen der angeregten Ladungsträger möglichst hoch ist gegenüber der Breite der Raumladungszone ist. Alles was in die Raumladungszone kommt, gelangt "auf die andere Seite" und trägt zur Spannungserzeugung bei. (Alles, was dort nicht hinkommt, rebkombiniert und geht als Wärme verloren.)

Wenn ich es richtig sehe, möchtest Du die "klassische Form" beschreiben. Diese Solarzellen haben eine relativ dicke Basis.

  • "Photoffekt"-Solarzellen dagegen, haben eine möglichst große Raumladungszone. Hier wird durch den "inneren Photoeffekt" eine Ladungstrennung hervorgerufen. Findet die Ladungstrennung in der Raumladungszone statt, so wird durch ihr E-Feld das Ladungspaar getrennt und kann anschließend über den pn-Übergang nicht wieder rekombinieren. So tragen die getrennten Ladungsträger (wie zuvor Elektronen und "Löcher") zur Spannungsbildung bei. Hier soll die Raumladungszone möglichst groß sein, da hier der Photoeffekt ausgelöst wird (alle anderen Bereich sollen möglichst klein bleiben, da hier die Ladungspaare wieder rekombinieren und wieder nur das Material erwärmen). Diese Solarzellen sollen möglichst dünn sein.
  • Organische Solarzellen arbeiten mit elektrochemischen Potentiellen, also mit Molekülen unterschiedlicher Elektronenaffinität. Das leuchtet mir vom Prinzip her ad-hoc ein, aber ich kann es nicht gut erklären …
Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – Diplom in Physik

Vielen Dank. Es hört sich plausibel an. Die Schwerigkeit sehe ich dort, wo sich die Elektronen "entschließen" die Raumladungszone wieder zu verlassen , nachdem Sie getrennt wurden und dabei in die n-Schicht gelangt sind. Kann man das durch Diffusssion erklären? Die Diffusionskraft wirkt ja diffuss in alle Richtungen. Die elektrische Kraft in der Raumladungszone müsste doch viel stärker sein, zumal das Elektron ja noch Leitungsband ist. Oder ist die Diffusion doch so stark?

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@Basti845

Nee, nee, … die Elektronen der p-Seite werden angeregt und dann diffundieren sie. Erreichen Sie dabei das Raumladungsfeld werden sie auf die n-Seite rübergezogen. Aufgrund der Raumladungszone!!! Da bitte noch einmal nachlesen. Sind sie erst auf der n-Seite, stapeln sie sich dort mit allen anderen überschüssigen Elektronen, bis sie abgeleitet werden. (Oder die n-Seite so stark aufgeladen ist, dass das E-Feld der Raumladungszone kompensiert wird.)

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Die Elektronen bewegen sich, glaube ich, innerhalb des Leitungsbandes, während die Löcher im Valenzband bleiben, sozusagen. So hätte ich es verstanden und dann ergibt es mehr Sinn, dass sie nicht rekombinieren.

Ich kann mich aber auch irren.

Ich glaube mit dem Random Walk gehst du für die Erklärung nochmal in eine ganz andere Ebene.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – - Studentin Lehramt für Mathe und Physik

Dankeschön. Was mich allerdings sehr wundert, ist die Tatsache, dass die Elektronen/Löcher das elektrische Feld verlassen. Welche Kraft ist das? Hier wird manchmal auch "Driftstrom" genannt. Kann man das mit etwas ähnlichem, wie einer Trägheitskraft aus der Mechanik vergleichen? Das finde ich alles sehr nebulös.

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@Basti845

Sie verlassen das elektrische Feld nicht. Die Bänder sind nur ein Modell für die Energieniveaus sozusagen. Die Elektronen und Löcher sind nicht wirklich an einem anderen Ort, nur in einem verschiedenen Zustand.

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