Halbleitermaterialien bilden das Herzstück von Solarzellen und sind für die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie von entscheidender Bedeutung. Diese Materialien besitzen einzigartige elektrische Eigenschaften, die zwischen denen von Leitern (wie Metallen) und Isolatoren (wie Glas) liegen.

Funktionsweise:

• Atomare Struktur: In einem Halbleiterkristall sind die Atome in einem regelmäßigen Gitter angeordnet. Durch gezielte Dotierung mit Fremdatomen können sogenannte "Löcher" (fehlende Elektronen) oder zusätzliche freie Elektronen erzeugt werden.
• Photoelektrischer Effekt: Wenn Sonnenlicht auf einen Halbleiter trifft, wird Energie auf die Elektronen übertragen. Diese können sich dann aus ihren Bindungen lösen und einen elektrischen Strom erzeugen.
• p-n-Übergang: Durch den Zusammenschluss eines p-dotierten und eines n-dotierten Halbleiters entsteht ein p-n-Übergang. An dieser Grenzfläche bildet sich ein elektrisches Feld aus, das die erzeugten Elektronen und Löcher trennt und zur Bildung einer Spannung führt.

Wichtige Halbleitermaterialien:

• Silizium: Das am häufigsten verwendete Halbleitermaterial in der Photovoltaik. Es ist relativ günstig und reichlich verfügbar.
• Galliumarsenid: Bietet eine höhere Effizienz als Silizium, ist jedoch teurer.
• CIGS: Eine Dünnschichttechnologie auf Basis von Kupfer, Indium, Gallium und Selen, die vielversprechend für flexible Solarzellen ist.
• Perovskite: Eine neue Klasse von Materialien, die aufgrund ihrer hohen Effizienz und niedrigen Produktionskosten großes Interesse auf sich zieht.

Vorteile von Halbleitern in der Photovoltaik:

• Hohe Effizienz: Moderne Solarzellen erreichen Wirkungsgrade von über 20%, was bedeutet, dass ein großer Teil des einfallenden Sonnenlichts in elektrische Energie umgewandelt wird.
• Langlebigkeit: Solarzellen haben eine Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten.
• Umweltfreundlichkeit: Die Photovoltaik ist eine saubere und nachhaltige Energiequelle.

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