Wie funktioniert eine Solarzelle / Photovoltaik technisch physikalische Erklärung

Erklärbeitrag zum photoelektrischen Effekt. Wie funktioniert eine
Solarzelle / Photovoltaik scientific explanation Prägnant erklärt
in unter 10 Minuten, als Podcast, YouTube Video oder Blogbeitrag:
https://youtu.be/D_mPgi3jI2Y
https://sophiasweisheiten.blogspot.com/2022/05/wie-funktioniert-eine-solarzelle.html
Inhaltsangabe: 00:00 Intro 00:06 Energieerzeugung Ziel:
Ladungsträger müssen bewegt und voneinander getrennt werden. 00:20
Ladungsträger In der Halbleiterphysik sind Ladungsträger Elektronen
| electrons Defektelektronen (auch „Loch“ genannt) | electron hole
Freie Elektronen Freie Elektronen verspüren keine Wechselwirkung
äußerer Potentiale und sind nicht gebunden Gebundene Elektronen
findet man in Atomen Ionisierungsenergie | ionization energy:
nötige Energie für Elektronenauslösung aus der äußersten Schale
Elektronenaffinität | electron affinity: Energie, die frei wird,
wenn ein neutrales Atom ein freies Elektron aufnimmt Die Stärke der
Bindung der Valenzelektronen wird auch Bandabstand | bandgap
genannt (Einheit [eV]) Wenn man ein zunächst gebundenes Elektron
auslöst, entsteht dadurch ein sogenanntes Elektron-Loch-Paar
Generation Rekombination Thermodynamisches Gleichgewicht:
Generation=Rekombination 01:19 Leiter / Halbleiter / Isolatoren
01:48 Halbleitermaterialien Im Grundzustand fast keine freien
Ladungsträger verfügbar Bei Silizium sind alle vier
Valenzelektronen in kovalenten Bindungen mit vier benachbarten
Atomen in Elektronenpaarbindungen verbunden (Bindungsbildung durch
Überlagerung von Atomorbitalen) Zeitweises Herauslösen von
Elektronen (Generation von freien Ladungsträgern) möglich durch:
Wärme (thermische Energie) | Glühemission | thermionic emission
Ausreichend elektrische Spannung (anlegen eines elektrischen
Feldes)| Feldemission | field emission 02:25 Photoemission
Bestrahlung mit Licht mit ausreichender Frequenz| Fotoemission |
photoemission Bewegung von Ladungsträgern durch Diffusion und Drift
Der Photoelektrische Effekt Photoemission Wandlung der
Strahlungsenergie der Sonne in elektrische Energie Modell:
Lichtquanten / Photonen (wissenschaftlich erklärt durch Albert
Einstein 1905) ℎ∙𝑓≥∆𝑊_𝐴 𝑐="λ"∙𝑓 Elektronen im vollen Valenzband
können nicht zur Leitung beitragen Im energetischen Abstand Wg
oberhalb des Valenzbandes befindet sich die Kante des
Leitungsbandes. Ab der Bandlückenenergie steigt die Leitfähigkeit
deutlich an. Elektronen, die sich frei im Gitter bewegen sollen,
müssen mindestens die Energie des Leitungsbandes haben 03:20
Halbleiter Dotierung 04:23 Diffusion und Drift 05:06 stromloser
p-n-Übergang Eine Solarzelle besteht aus einem Halbleitermaterial
mit unterschiedlich dotierten Schichten (einem p-n-Übergang)
Entlang der Raumladungszone baut sich ein elektrisches Feld und
eine interne Spannung auf Der zunächst halbwegs reines
Halbleitermaterial wird durch gezielte Verunreinigung mit
Fremdatomen benachbarter Wertigkeiten dotiert 06:39 p-n-Übergang
mit Photoemission Zusätzliche Bestrahlung mit Licht genügend großer
Frequenz Zusätzliche Elektronen werden von ihren Atomen getrennt
durch Photoemission Die freigesetzten Elektronen werden von der
positiv geladenen Halbleiterschicht (dem Silizium-Phosphor
n-Gebiet) angezogen 08:06 Solarzelle | Kennlinien Die Höhe des
Solarzellenstromes hängt von der eingestrahlten Leistung ab Ohne
Last oder im „open circuit“ gibt es eine Leerlaufspannung Unter
Volllast oder Kurzschluss bricht die Spannung ein und der Strom
nähert sich dem maximalen Sättigungsstrom an, der von der
spezifischen Bestrahlungsleistung abhängt Vorteilhaft: Hohe
Einstrahlleistung und niedrige Temperatur 09:34 Outro Musik: C
Major Prelude von Bach aus der YouTube Audio Lib Beitrag
researched, animated in Power Point Slides and edited by Sophia
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