Photovoltaik (für besonders Wissbegierige)

Mit Photovoltaik ist die Umwandlung von Sonnenenergie in Strom gemeint. Der Begriff kommt aus dem griechischen: Der erste Teil Photo- heißt Licht (man sagt z.B. beim Fotografieren auch, dass man abgelichtet wird), der zweite Teil -voltaik kommt von Volt, der Einheit für Spannung. Um Strom mittels Photovoltaik aus der Sonne herzustellen braucht man Solarzellen, die habt ihr vielleicht schon auf den Dächern gesehen, auf dem Feld, aber bestimmt schon auf Taschenrechnern, die nur funktionieren, wenn man sie in einem hellen Raum oder draußen in der Sonne benutzt.
Wie aber macht so eine Solarzelle aus Sonnenlicht Strom? Dafür müsst ihr erst mal den Begriff Strom und Sonne verstehen. Schon nachgelesen? Gut, dann kann’s weitergehen. Solarzellen bestehen überwiegend aus Silizium. Silizium findet ihr auch am Strand: Sand ist eine Form von Silizium! Aber um Strom aus Sonnenlicht herzustellen muss man noch andere Elemente hinzufügen. Ganz vereinfacht kann man sagen, dass Solarzellen aus zwei Schichten bestehen. Die eine Schicht enthält neben Silizium noch das Element Phosphor, die andere Schicht enthält statt Phosphor das Element Bor. Phosphor hat 5 Elektronen und Bor nur 3 Elektronen. Nun kann man sich also denken, da Elektronen negativ geladen sind, dass die Schicht, auf der Silizium mit Phosphor gemischt wurde, negativer geladen ist als die andere Schicht, die Bor enthält.  Also sagen wir:

Die p-leitende Schicht liegt nun auf der Solarzelle oben, die n-leitende unten. Jetzt fällt das Licht der Sonne auf die obere (p-leitende) Schicht. Die Photonen in dem Sonnenlicht treffen dort auf Elektronen der Silizium- und Bor-Atome und lösen diese von ihrem Raster heraus! Schon fliegen einige Elektronen frei herum. Sie wandern, weil es da so etwas wie eine „Einbahnstraße“ gibt und sie nicht anders können, in die untere (n-leitende) Schicht und schwirren dort herum. Am liebsten würden sie sich wieder an einen Atom binden, eigentlich gefällt es ihnen so „frei“ zu sein gar nicht. Dort ist aber kein Platz an einem Atom, denn dort gibt es schon Elektronen im Überschuss (Erinnert ihr euch? Die n-leitende Schicht ist negativ geladen!). Also müssen sie wieder raus da, am besten wieder hoch in die obere p-leitende Schicht, schließlich sind da ja ihre „Plätze“ an den alten Atomen unbesetzt! Wie kommen sie da aber wieder hoch?
Gar kein Problem, da baut man einfach ein Verbindung hin, ein Kabel, und schon können die Elektronen wieder zurück. Dieser Elektronenfluss über diese eingebaute Verbindung ist nichts anderes als Strom: Elektronen, die sich in eine Richtung bewegen! Und solange die Sonne auf die Solarzelle scheint, und Photonen die Elektronen immer aufs Neue „freischießen“, geht die Reise wieder von vorne los: so wird Strom aus Sonnenlicht gemacht!