Solarzelle p-n-Schicht.

Ludwig · Anmeldungsdatum: 28.09.2006 Beiträge: 5

Ich schreibe gerade eine jahresarbeit über Solarenergie und Solartechnik...
Leider ist da irgendwo der Wurm drin und ich find ihn nicht !!! Bitte wer hilft mir !!??

Das Photon trifft als Energiebündel auf die Solarzelle und gibt seine Energie an ein bewegliches Elektron (in dem fall an ein Elektron in der N-Schicht) ab. Dieses Elektron wird dadurch auf ein höheres „Energieniveau“ gehoben. Wen die Energie des freien Elektrons ausreicht um über die Grenzschicht (also die Grenze von - zu +) zu kommen macht es sich als natürlich negativ geladenes Elektron auf den weg zur Grenzschicht und hüpft, sollte seine Energie ausreichen, auf die andere Seite, also die P-Seite. Durch das Hüpfen des Elektrons entsteht an der Grenzschicht die umgekehrte Ladung. Also wird die negativ geladene Seite positiv und die positive negativ.
!Achtung! Dies gilt aber NUR für die Grenzschicht!!!
Dieses glückliche Elektron, welches es über die Sperrschicht auf die andere Seite geschafft hat wandert nun immer mehr in Richtung Rückseitenkontakt (angetrieben von dem elektrischen Feld an der Grenzschicht).
Umso mehr Elektronen, die durch die Photonen den „Energieaufschwung“ erhalten über die Grenze hüpfen, umso größer wird das elektrische Feld an der Grenzschicht.
Ist das elektrische Feld an der Grenzschicht aufgebaut, werden nur noch in dieser Grenzschicht Elektronen durch das Licht (Photonen)“produziert“, die dann entsprechend ihrer Ladung entweder auf die P- oder auf die N-Seite geschleudert werden und über die Kontakte in form von Gleichstrom abgeleitet werden.
Klo

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich gebe dir am besten erstmal den folgenden Link zum Lesen. Da hatten wir dieses Thema neulich schon mal. Vielleicht hilft das dir ja schonmal ein bisschen, die Dinge zu finden und zu überdenken, die du bisher noch nicht so ganz verstanden hattest.

http://www.physikerboard.de/topic,6434,-solarzelle-p-n-uebergangsschicht.html

Ludwig · Anmeldungsdatum: 28.09.2006 Beiträge: 5

das hab ich schon gelesen und dachte auch ich habs verstanden. aber auch da hab ich das gefühl das etwas nicht stimmt Hammer

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dein Gefühl trügt dich nicht Augenzwinkern

, du hattest es noch nicht so ganz verstanden. Dein Text sieht ein bisschen so aus, als ob du alles ein bisschen gleichzeitig beschreiben möchtest, und dabei ist einiges durcheinandergeraten oder unverstanden geblieben.

Ich würde dir raten, beim Einlesen und beim Reindenken viel mehr schrittweise vorzugehen, zum Beispiel mit folgenden Hilfsfragen:

* Was ist ein Halbleiter?
* Was ist Dotierung?
* Was sind die Eigenschaften einer n-dotierten / einer p-dotierten Schicht?
(* eventuell (falls du das verstehen willst, was im anderen Thread zu Löchern steht): Was sind Löcher?, Was ist p-Leitung?)

* Wie bildet sich ein p-n-Übergang?
* Warum überqueren die Ladungsträger die Grenze zwischen n- und p-dotiertem Gebiet?
* Was ist die Grenzschicht?
* Wodurch bildet sich in der Grenzschicht ein elektrisches Feld?
* In welche Richtung zeigt das elektrische Feld, das sich mit der Grenzschicht aufgebaut hat?
* Sind nun in der Grenzschicht frei bewegliche Ladungsträger enthalten?
* Für all dies braucht man noch gar keine Photonen, die Grenzschicht und das elektrische Feld am p-n-Übergang bildet sich ganz von alleine, ganz ohne Licht!

* Was passiert, wenn nun Licht auf die Grenzschicht trifft? (Stimmt, Elektronen werden angeregt. Was bedeutet das für die Elektronen?).
* Überleg nochmal genau: Warum bewegen sich nun diese Elektronen, und in welche Richtung bewegen sie sich also?
* In welche Richtung fließt also der Strom, den eine Photodiode erzeugt?

Ludwig · Anmeldungsdatum: 28.09.2006 Beiträge: 5

Stimmt das soweit ??? (das von mir genannte Bild Abb.5 ist nicht vorhanden...)

Lehrer

Was ist ein Atom?

Ein Atom besteht aus einem festen Kern (Atomkern) und einer Atomhülle.
In diesem Atomkern befindet sich ein eine bestimmte Anzahl positiv geladener Protonen und eine bestimmte Anzahl von neutralen Neutronen.
Die Atomhülle wird aus der Anzahl negativer Elektronen gebildet, wie sich im Atomkern positiv geladene Protonen befinden. Ein Atom ist immer neutral (im Kern neutrale und positiv geladene „Teile“, auf der Hülle negativ geladene „Teile“ – plus und minus heben sich gegenseitig auf).
Es gibt viele verschiedene Arten von Atomen die je nach Art mehr oder weniger Elektronen besitzen.
Die Atome sind in Gruppen eingeteilt. Silizium befindet sich z.B. in der Gruppe 4, dass bedeutet: ein Siliziumatom hat auf der Atomhülle 4 Elektronen.
Was ist ein Halbleiter?
Ein Halbleiter ist ein Stoff, der je nach Temperatur den Strom gut oder schlecht leitet. Umso kälter das entsprechende Material ist, desto weniger leitet es. Die meisten Halbleitermaterialien leiten schon bei Raumtemperatur keinen Strom mehr. Das bei Solarzellen am häufigsten (zu 95%) verwendete Halbleitermaterial ist Silizium.
Was ist Dotierung?

Unter Dotierung versteht man das gezielte Einbringen von Fremdatomen in das Grundmaterial bzw. eine Schicht (in unserem Fall Silizium).
Das Einbringen von Atomen verändert die Leitfähigkeit und die Kristallstruktur der Schicht.
Je nach Schicht (p oder n) Werden andere Atome „zugesetzt“
Diesen Vorgang der Dotierung nennt man auch Verunreinigung.
Was sind die Eigenschaften bzw. Unterschiede einer n-dotierten - und einer p-dotierten Schicht?
n-Dotierung: Bei der n-Dotierung wird das Silizium, welches pro Siliziumatom 4 Elektronen besitzt durch ein Atom der Gruppe 5 (also ein Atom mit 5 Elektronen wie z.B. Phosphor –> 5-wertig) verunreinigt. Diese Dotierung hat zur logischen Folge, dass es in der p-Schicht einen Elektronenüberschuss gibt, da sich nur 4 der 5 Elektronen (des Phosphoratoms) mit dem Silizium verbinden können. Das fünfte Elektron schwirrt nun frei herum (auf dem Elektronenkreis). Es wird also gezielt eine Störung in die Struktur des Siliziums gebracht. Diese Störung nennt man Donator, den negativ geladenen Halbleiter n-Halbleiter. Es werden jedoch nur sehr wenige Fremdatome eingebracht; z.B. auf eine Million Siliziumatome ein Fremdatom. !Achtung! das in der Grafik Abb.5 gezeigte Fremdatom ist mit + gekennzeichnet, da es ein Elektron mehr hat und nicht, weil es positiv geladen ist!
P-Dotierung: Bei der p-Dotierung wird das Gleiche wie bei der n-Dotierung gemacht, nur mit dem wichtigen Unterschied, dass hier Atome der Gruppe 3 (z.B. Bor -> 3-wertig) eingebracht werden. Dadurch dass es hier nur 3 Elektronen zur Verfügung stehen können sich auch nur drei mit dem Siliziumatom verbinden. An einer Stelle entsteht dadurch ein „Loch“ (stelle eines nicht vorhandenen Elektrons)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich glaube, das hast du so ganz gut verstanden.

Ein Tipp noch zu der "Abb. 5": Beim Fremdatom, das mit plus gekennzeichnet ist, sitzt das fünfte Hüllenelektron sehr locker (weil es in dem Kristall, dessen Atome sonst immer nur vier Bindungen pro Atom eingehen, "übrig ist"). Sobald dieses Hüllenelektron sich wegbewegt und "auf Wanderschaft geht", bleibt also ein positiv geladener Atomrumpf zurück. Das ist das, was die hier nicht gezeichnete Abbildung 5 mit dem Plus am Fremdatom sagen möchte.

Ludwig · Anmeldungsdatum: 28.09.2006 Beiträge: 5

Ist dann an der Stelle in der p-Schicht, an der ein Elektron fehlt (Loch) ein negativ geladener Atomrumpf ???

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das könnte man so sagen, ja. Wenn das Loch von einem Elektron gefüllt worden ist, dann ist sozusagen "das Loch auf Wanderschaft gegangen", und zurück bleibt ein dreiwertiges Atom mit vier Bindungselektronen, also eine negativ geladene Stelle.