Techniklexikon

photovoltaischer Effekt

Photo-voltaik, Solarzelle Festkörperphysik, Effekt, bei dem unter Lichteinfall eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Elektroden erzeugt wird, also Licht direkt in elektrische Energie verwandelt wird.

Der photovoltaische Effekt wird nur bei Halbleitern beobachtet, welche einerseits Photonen überhaupt absorbieren können, andererseits aber gleichzeitig geladene Teilchen erzeugen können, die genug Energie besitzen, um durch das Material zu wandern, den Halbleiter zu verlassen und damit Strom zu produzieren.

Durch Absorption eines Lichtquants geeigneter Energie geht ein Elektron vom Grundzustand in einen angeregten Zustand über, wodurch ein freies Elektron-Loch-Paar erzeugt wird. Besteht ein genügend starkes elektrisches Feld, wie es beispielsweise bei einem p-n-Übergang eines Halbleiters existiert, so driften die beiden Ladungsträger in entgegengesetzte Richtung. Dabei wandern die Elektronen in die n-Schicht und die Löcher in die p-Schicht. Durch die Ladungsverschiebung entsteht eine Photospannung, die einen entsprechenden Photostrom verursacht, wenn die beiden Schichten via eines externen Stromkreises verbunden werden, wobei aus Licht elektrische Energie entsteht (Halbleiterphotoeffekt).

Entdeckt wurde der photovoltaische Effekt vor mehr als 150 Jahren. Die direkte Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom gelang erstmalig dem französischen Physiker Edmond Alexandre Becquerel im Jahre 1839. Lange Jahre wurde dieser Effekt nur in der Photografie bei der Belichtungsmessung ausgenutzt. Die bedeutendste Anwendung ist heute die photovoltaische Stromerzeugung mit Solarzellen.

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photovoltaische Effekte: Grundschema des photovoltaischen Effekts.