Eine Solarzelle, oft Photovoltaikzelle genannt, spielt eine zentrale Rolle in Photovoltaik-Anlagen. Ihre Aufgabe ist die Umwandlung von Sonnenenergie in Solarstrom. Dadurch ist sie ein wesentliches Element der Erneuerbaren Energien. Im Kern stützt sich die Funktion einer Solarzelle auf den photoelektrischen Effekt. Dies beschreibt das Phänomen, dass Silizium oder andere Halbleitermaterialien bei Sonneneinstrahlung Elektronen freisetzen, was Strom erzeugt. Sie möchten mehr zum Thema erfahren? Dann lesen Sie diesen Ratgeber.

Was ist eine Solarzelle?

Solarzellen sind das Kernstück der Solartechnologie und essenziell für jedes Solarmodul. Ihre Hauptaufgabe liegt in der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom, mittels spezieller Materialien wie Silizium.

Die Nutzung von Solarmodulen fördert die Gewinnung erneuerbarer Energien. Moderne Systeme tragen zur Minderung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und zur Reduktion der Umweltverschmutzung bei. Der Einsatz von Solartechnologie bietet nicht nur CO2-Einsparungen, sondern fördert auch eine unabhängige und nachhaltige Energieversorgung.

• Die klassische Silizium-Solarzelle dominiert die Branche durch Effizienz und Haltbarkeit.
• Solarmodule sind fundamentale Komponenten im Sektor der erneuerbaren Energien und konvertieren Sonnenlicht effizient in Elektrizität.

Funktionsweise von Solarzellen

Die Grundlage der Solarzellen ist der photoelektrische Effekt. Dieser wandelt Lichtenergie in elektrische Energie um. Dies geschieht durch Halbleitermaterialien, meist Silizium. Diese Materialien sind entscheidend für die Energieumwandlung und effektive Stromerzeugung.

• Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, löst der photoelektrische Effekt aus, dass Elektronen aus dem Halbleitermaterial herausgelöst werden. Dies führt zu einem Elektronenfluss, der als elektrischer Strom genutzt wird.
• In der Solarzelle sind zwei Schichten aus Halbleitermaterial vorhanden, die n-dotierte und die p-dotierte Schicht. Diese Schichten sind durch die Einführung von Fremdatomen wie Phosphor oder Bor leicht verunreinigt, was zur Bildung von Ladungsträgern führt.
• Zwischen diesen beiden Schichten entsteht eine elektrische Feldzone. Diese Zone fördert den Elektronenfluss von der n-dotierten zur p-dotierten Schicht, sobald Licht auf die Zelle fällt.
• Die bewegten Elektronen werden durch externe Kontakte in Form von Metallkontakten auf der Ober- und Unterseite der Solarzelle zu einem Stromkreis geführt, der den erzeugten Strom zur weiteren Verwendung herausführt.

Bei der Nutzung von Solartechnologie ist der Wirkungsgrad entscheidend. Monokristalline Zellen erreichen bis zu 20 % Wirkungsgrad, ideal für kleine oder ungünstig ausgerichtete Flächen. Polykristalline Zellen liegen bei einem Wirkungsgrad von etwa 15 % und passen bestens zu gut ausgerichteten Dächern. Für große Flächen oder besondere Bauvorhaben sind amorphe Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von ca. 7 % geeignet.

Das Zusammenspiel zwischen photoelektrischem Effekt, Halbleitermaterialien und der Infrastruktur der Solarzelle macht es möglich, Sonnenlicht in nutzbare Energie umzuwandeln. Die Effizienz der Solarzellen hängt von dem Material, der Zellkonstruktion und externen Faktoren wie Sonnenintensität und Zelltemperatur ab.

Anwendungsbereiche von Solarzellen

Seit der Einführung der ersten Silizium-Solarzelle im Jahre 1954 durch die Bell Laboratories hat sich viel getan. Deren Effizienz lag damals bei gerade mal 4 %. Mittlerweile tragen in Deutschland über 2,2 Millionen Photovoltaikanlagen zur nachhaltigen Energiegewinnung bei. Monokristalline und polykristalline Solarzellen sind mit Wirkungsgraden zwischen 12 und 18 Prozent besonders beliebt.

Durch den Einsatz in privaten und industriellen Solaranlagen können Strompreise gesenkt und das Umweltbewusstsein gestärkt werden. Photovoltaische Elemente sind ebenso aus der Straßenbeleuchtung und an Ladestationen nicht mehr wegzudenken. Die Palette der Solarzellen reicht von Dünnschichtzellen mit 5 bis 7 Prozent Wirkungsgrad bis zu organischen Solarzellen. Letztere erzeugen trotz geringerer Effizienz Strom durch transparente Folien. 2022 wurden auf diese Weise über 60.000 Gigawattstunden Solarstrom in Deutschland produziert.

Weltweit nimmt der Fokus auf erneuerbare Energien zu. Mit 1.600 GW installierter Kapazität in Photovoltaikanlagen im Jahr 2023 und einem Anteil von 5,5 % an der weltweiten Stromerzeugung, ist die Wichtigkeit der Solartechnologie klar erkennbar. Innovationen zielen darauf ab, Solarzellen effizienter und umweltfreundlicher zu machen. Schätzungen zufolge könnte die globale Kapazität bis 2050 auf 30.000 bis 70.000 GW anwachsen.