Solarzelle: die Keimzelle der Solartechnik

Eine Solarzelle ist die kleinste Einheit in der Solartechnik, beziehungsweise auf dem Teilgebiet der Photovoltaik. Sie ist in der Lage, das auftreffende Sonnenlicht in elektrischen Strom umzuwandeln. Der folgende Überblick fasst Funktionsweise, Arten, Aufbau und Einsatzbereiche der Solarzelle übersichtlich zusammen.

Eine Solarzelle besteht aus verschiedenen Schichten. Im Hinblick auf die photovoltaische Wirkung ist das Halbleiterleitermaterial am wichtigsten. Hier wird meistens das Silizium verwendet, das in der Erdkruste in großen Mengen vorhanden ist. Es wird in der Solarzelle in zwei verschiedenen Varianten (p- und n-Dotierung) verwendet, die durch eine Grenzschicht voneinander getrennt sind.

Oberhalb und unterhalb der Siliziumschicht befinden sich eine negative, beziehungsweise positive Elektrode. An der Oberseite ist die Solarzelle zudem mit einer Antireflexschicht bedeckt. Sie sorgt dafür, dass die empfindliche Technik der Zelle vor Einflüssen aus der Umwelt geschützt wird und dass über Reflexion keine Energieverluste befürchtet werden müssen. Die Schicht ist es auch, die den Solarzellen ihr typisch blaues Aussehen verleiht.

Die Solarzelle basiert in ihrer Funktionsfähigkeit auf dem photovoltaischen Effekt, der Sonnenlicht in Strom umwandeln kann. Dies geschieht durch das Halbleitermaterial (in der Regel Silizium), das durch den Einfluss von Licht oder Wärme seine Eigenschaften im Hinblick auf die Ladung verändern kann. Es kommt zu einem positiven beziehungsweise negativen Ladungsträgerüberschuss in den beiden voneinander getrennten Silizumschichten der Solarzelle.

Auf diese Weise ist die Leitfähigkeit der Siliziumschicht die Grundlage für die Stromerzeugung. Damit der Strom auch genutzt werden kann, sind an der Solarzelle zwei Kontakte angebracht, die über ein Stromkabel die gewünschten elektrischen Geräte betreiben können. Auch eine Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz (gegen Vergütung) ist alternativ möglich.

Die Solarzellen werden im Hinblick auf verschiedene Kriterien unterteilt. Die wichtigsten Einteilungskriterien sind:

• die Dicke des Materials: Dünn- und Dickschichtzellen
• der verwendete Halbleiter: Silizium oder (seltener) auch Arsenide oder Cadmiumtellurid
• die Struktur der verwendeten Kristalle: mono- oder polykristallin, amoprh

Amorph bedeutet, dass auf Dünnschichtzellen eine Siliziumschicht per Dampf aufgebracht wird. Bei der mono- und polykristallinen Variante werden nach einer Siliziumschmelze Blöcke geschnitten beziehungsweise Stäbe gezogen. Die klassische Photovoltaik, wie man sie beispielsweise auf Hausdächern sieht, arbeitet meist in der polykristallinen Variante, da hier fast 20 Prozent Wirkungsgrad erreicht werden können.

Der klassische Einsatzbereich von Solarzellen sind die Photovoltaik-Anlagen, die man auf Haus- oder Garagendächern, auf Feldern und sogar auf Bushaltestellen erblickt. Die Flächigkeit kommt dadurch zustande, dass die relativ kleinen Solarzellen zu größeren Modulen zusammengeschaltet sind. Solarzellen können also für den privaten, betrieblichen oder öffentlichen Gebrauch genutzt werden.

Dabei kann sich der Verbraucher entscheiden, ob er den gewonnenen Strom in das öffentliche Stromnetz einspeist oder die erzeugte Energie aus dem Sonnenlicht selbst für die eigene Versorgung nutzt. Auf diese Weise macht sich der Verbraucher ein Stück weit von den am Markt herrschenden Strompreisen unabhängig.