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Solarzellen Elektrizität aus Sonnenlicht

Autor / Redakteur: Michael Krüger*,**, Yunfei Zhou*,** und Michael Eck*,** / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Die Photovoltaik als Teil der erneuerbaren Energien ist ein enormer Wachstumsmarkt, der neben der wissenschaftlichen auch eine stark politische Komponente hat. Photovoltaik ist einer der Hoffnungsträger, den stetig steigenden Strombedarf unserer Gesellschaft nachhaltig zu decken ohne klimaschädliche Treibhausgase freizusetzen.

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Durch besser Wirkungsgrade moderner Solarmodule ist die Attraktivität von Photovoltaik-Anlagen deutlich gestiegen.
Durch besser Wirkungsgrade moderner Solarmodule ist die Attraktivität von Photovoltaik-Anlagen deutlich gestiegen.
( Bild: Dr. Michael Krüger )

Über 80 Prozent des weltweiten Energiebedarfs werden derzeit noch von fossilen Energieträgern wie Kohle, Gas oder Erdöl gedeckt. Die Erzeugung von Energie aus diesen Quellen ist unweigerlich mit dem Ausstoß von Kohlendioxid verbunden, einem der Treibhausgase, die für den Klimawandel verantwortlich gemacht werden. Die Erhöhung des Anteiles erneuerbarer Energien zur Deckung des Energiebedarfes ist daher ein dringliches gesellschaftliches Anliegen und zugleich auch eine Herausforderung an die Wissenschaft, die entsprechenden Technologien hierzu zu entwickeln. In Deutschland steigerte sich der Anteil der erneuerbaren Energien am gesamten Endenergieverbrauch innerhalb des letzten Jahrzehnts von 3,4 Prozent (1999) auf 10,1 Prozent (2009). Als erneuerbare Energien sind hier vor allem Wasserkraft, Windenergie, die Biomasseverwertung, Photovoltaik, Solarthermie und Geothermie zu nennen. Betrachtet man den Anteil der erneuerbaren Energien am gesamten Stromverbrauch so kommt man hier zu entsprechenden Anteilen von 15,2 Prozent für das Jahr 2008 und 16,1 Prozent für 2009 (s. Abb. 1). Der Beitrag der Photovoltaik ist seit dem Jahr 2000 mit dem Start des Energie-Einspeise-Gesetzes (EEG) sprunghaft angestiegen bis auf mehr als drei Prozent im Jahre 2009 gemessen am Gesamtstromverbrauch. Bezieht man den Anteil der Photovoltaik auf die gesamte Stromerzeugung in Deutschland so kommt man auf einen Anteil von 6,2 Prozent für das Jahr 2009.

Photovoltaik der ersten Generation

Die Photovoltaik ist, wie auch die meisten der erneuerbaren Energiequellen, keine neue Erfindung. Der photovoltaische Effekt ermöglicht die direkte Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie. Hintergrund ist der innere photoelektrische Effekt bei Halbleitern, der zu einer Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit durch Bestrahlung mit Licht führt. Zusätzlich muss für die Ausnutzung des photovoltaischen Effektes ein so genannter p-n-Übergang vorhanden sein, an dem unter Lichteinwirkung eine Ladungstrennung stattfinden kann. Als Vater der modernen Solarzelle kann R. S. Ohl bezeichnet werden, der 1939 die p-n-Übergänge in Halbleitern entdeckte. Basierend auf dieser Entdeckung patentierte er 1941 die erste Silizium-basierte Solarzelle als Vorläufer der modernen Solarzelle [3]. Chapin, Fuller und Pearson von der Firma Bell entwickelten 1953 die ersten Solarzellen aus Silizium, anfänglich mit einem Wirkungsgrad von 4 Prozent der später bis auf 6 Prozent gesteigert werden konnte [4].

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