Das Funktionsprinzip und die Eigenschaften von photoelektrischen Wandlern. Schema, Beschreibung

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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK
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Photovoltaikanlagen. Funktionsprinzip und Eigenschaften fotoelektrischer Wandler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Alternative Energiequellen

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Die Sonne ist eine wichtige erneuerbare und umweltfreundliche Energiequelle. Sonnenenergie kann mithilfe von Photovoltaik-(Solar-)Batterien in Strom umgewandelt werden. Solche Batterien werden in Raumfahrzeugen, in Funkfeuern und Meeresnavigationsbojen, in autonomen Kommunikationsnetzen sowie in Taschenrechnern und elektronischen Spielzeugen eingesetzt.

Die photoelektrische (oder photovoltaische) Methode zur Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie ist derzeit wissenschaftlich und praktisch am weitesten entwickelt. Zum ersten Mal bemerkte einer der Gründer der sowjetischen Physikschule, Akademiker A. F. Ioffe, die Aussicht auf eine Nutzung im Großenergiebereich. Allerdings lag der Wirkungsgrad von Solarzellen damals nicht über 30 %. In den folgenden Jahrzehnten stieg dieser Wert dank umfangreicher Forschung auf dem Gebiet der Physik und Technologie auf 1–20 %.

Der Mechanismus zur Umwandlung von Sonnenlicht in Elektrizität unterscheidet sich von anderen Methoden zur Stromerzeugung. Die Merkmale dieser Methode bestimmen die Möglichkeiten und Perspektiven für ihren breiten Einsatz.

Bei jeder Methode zur Stromerzeugung ist es notwendig, über elektrische Ladungen zu verfügen und einen Mechanismus für deren Trennung bereitzustellen. Bei der Induktionsmethode werden freie Ladungen von Metallleitern zur Stromerzeugung genutzt und durch die Bewegung der Leiter in einem Magnetfeld getrennt.

Bei der photovoltaischen Methode zur Stromerzeugung kommt es zu keiner mechanischen Bewegung von Bauteilen. Es basiert auf den Eigenschaften von Halbleitermaterialien und deren Wechselwirkung mit Licht. In einer Photovoltaikzelle entstehen durch die Wechselwirkung eines Halbleiters mit Licht freie Ladungsträger, die unter dem Einfluss eines im Inneren des Elements entstehenden elektrischen Feldes abgetrennt werden. Während bis vor Kurzem fast alle Solarzellen aus kristallinem Silizium hergestellt wurden, werden zunehmend auch andere Materialien verwendet.

Das Phänomen des photoelektrischen Effekts beruht auf der Umwandlung von Lichtenergie (elektromagnetische Strahlungsenergie) in elektrische Energie. Es gibt drei Arten von photoelektrischen Effekten:

1) extern - Herausziehen von Elektronen aus der Oberfläche von Körpern unter Einwirkung von Licht;

2) intern – Änderung der elektrischen Leitfähigkeit von Halbleitern und Dielektrika unter Lichteinfluss;

3) Gated-Schicht – Anregung der elektromotorischen Kraft an der Grenzfläche zwischen dem Leiter und dem lichtempfindlichen Halbleiter.

Zur Umwandlung der Energie elektromagnetischer Strahlung kann praktisch nur der photoelektrische Effekt der Gate-Schicht (Photoeffekt am pn-Übergang) genutzt werden.

Autor: Magomedov A.M.

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