Energiegewinnung

Als Entdecker der Photovoltaik gilt Antoine Becquerel, der neben der Erforschung des radioaktiven Zerfalls (gemeinsam mit den Geschwistern Cury) im Jahr 1893 den photovoltaischen Effekt an Halbleiterelementen feststellte:

In einem Halbleiter (Gegensätze: Plastik ist ein elektrischer Isolator, Metall ein Leiter) werden durch das Auftreffen des Sonnenlichts Energiezustände geschaffen, die elektrische Spannung verursachen. Schließt man zwei Enden von Metallkontaktierungen auf einer dünnen Halbleiterscheibe zusammen, fließt Strom.

Zur genaueren Erklärung braucht es zwei Voraussetzungen:

Photoeffekt: Lichteinstrahlung in Form von Photonen kann Elektronen aus ihren atomaren Bindungen lösen. Beim inneren Photoeffekt entstehen dadurch freie Ladungsträger.

Halbleiter: Bei Halbleitern sind die Elektronen im Kristallverband nur schwach an die Atome gebunden, daher kann
Lichteinstrahlung Energiezufuhr freisetzen.

Zur Stromgenerierung schließt man einen p- und einen n-Halbleiter aneinander. Durch den inneren Photoeffekt werden positive und negative Ladungsträger freigesetzt und diffundieren in die jeweils entgegengesetzt geladene Schicht, welche dadurch ihr Gleichgewicht verlieren. Die Spannung steigt und Strom fließt, da die Schichten ihr Gleichgewicht wiederzuerlangen versuchen.