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Der Photoeffekt - Grundlage der Photovoltaik

Der Photoeffekt ist die Basis der Solarstromerzeugung. Obwohl der Photoeffekt bereits im 19. Jahrhundert entdeckt wurde, konnte er erst im 20. Jahrhundert unter anderem von Albert Einstein physikalisch erklärt werden. Der Photoeffekt lässt sich durch Solarmodule ausnutzen, um elektrische Energie aus Licht zu gewinnen.
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Photoeffekt: Entdeckung des Effekts und seine physikalische Erklärung

Der Photoeffekt wurde 1839 von Alexander Edmond Bequerel entdeckt. Im Verlauf eines Experimentes stellte er fest, dass zwischen zwei elektrolytischen Zellen ein lichtabhängiger Stromfluss entstand. Dieser Photoeffekt wurde in den folgenden Jahrzehnten unter anderem von Heinrich Hertz und W. Hallwachs 1887 weitergehend erforscht, unter anderem über den äußeren photoelektrischen Effekt, bei dem geladene Teilchen Elektronen aus einem Material herauslösen (Hallwachs-Effekt). Weiterentwickelt wurde die Erforschung von Albert Einstein, der den Photoeffekt in seine Lichtquantentheorie einbezog.

Erst mit seiner Arbeit zum Lichtquanteneffekt 1905, für die er 1921 den Nobelpreis erhalten sollte, konnte der Photoeffekt physikalisch erklärt werden. Nach diesem Erklärungsansatz ist Licht nicht nur eine Welle, sondern besitzt auch Teilcheneigenschaften ("Welle-Teilchen-Dualismus"). Die sogenannten "Photonen" besitzen demnach eine bestimmte Energieladung. Ein Photon kann seine Energie an andere Teilchen übertragen. Diese Energie lässt sich für verschiedene Prozesse nutzen, unter anderem für die Stromerzeugung durch Photovoltaik Anlagen. Die ersten entsprechenden Solarmodule wurden in der Raumfahrt genutzt, um Satelliten mit Strom zu versorgen.

Solarzellen nutzen den Photoeffekt zur Stromerzeugung

In der Photovoltaik wird elektrische Energie durch Solarmodule gewonnen. Dieses besteht in den meisten Fällen aus Silizium, einem Halbleitermaterial. Halbleiter werden elektrisch leitfähig, wenn ihnen Licht oder Wärme zugeführt wird. Für eine Solarzelle werden zwei Halbleiterschichten gebildet, die jeweils einen positiven und einen negativen Ladungsträgerüberschuss besitzen. Dies wird "dotieren" genannt.

PhotoeffektNutzung vom Photoeffekt durch eine Photovoltaik Anlage - für größere Darstellung das Bild anklicken

Am Übergang zwischen beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld, welches dann unter Lichteinfall die durch den Photoeffekt freigesetzten Teilchen der Ladung nach trennt. Metallkontakte greifen die dadurch entstehende elektrische Spannung ab. Wird ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, schließt sich der äußere Kreis und es fließt Gleichstrom. Für die Nutzung im Haushalt wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um, da die meisten Haushaltsgeräte mit Wechselstrom betrieben werden.

Das hervorstechendste Merkmal der Photoeffekt-Nutzung ist die ausgezeichnete Umweltbilanz der Photovoltaik. Solarstrom ist nicht nur praktisch unbegrenzt verfügbar, sondern gewinnt stetig an Wirtschaftlichkeit, weswegen der Photovoltaik Markt in Deutschland rasant wächst.

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Dieser Artikel wurde erstellt von: Christian Märtel, Redakteur www.Solaranlagen-Portal.com