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| Autor |
  Funktionsweise einer Solarzelle |
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Raumkreuzer
Junior 
Dabei seit: 01.07.2020
Mitteilungen: 8
 |  Themenstart: 2022-02-14
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Ich habe folgende Frage zur Funktionsweise einer Solarzelle:
Dadurch dass ja Photonen auf den pn-Übergang treffen, werden neue Elektron-Loch-Paare erzeugt. Gelangen diese nun in die Raumladungszone, werden diese ja getrennt, und somit lädt sich der p-Halbleiter positiv, und der n-Halbleiter negativ auf.
Meine Frage:
Warum fließt Strom, wenn man den p-Halbleiter mit dem n-Halbleiter über einen Metallkontakt verbindet?
Auf den ersten Blick scheint die Antwort darauf natürlich trivial zu sein, da ja der n-Halbleiter negativ und der p-Halbleiter positiv geladen ist. Aber wenn man den n-Halbleiter mit dem p-Halbleiter über einen Metallkontakt verbindet, müsste sich eine zweite Raumladungszone ausbilden, da ja wieder Leitungselektronen aus dem n- in den p-Halbleiter diffundieren können. Da diese zweite Raumladungszone nun aber da ist, kann ja über den Metallkontakt genauso wenig ein effektiver Strom fließen wie durch die erste Raumladungszone (bzw. denke ich dass, liege damit aber natürlich falsch, da Solarzellen ja funktionieren :) )
Wo liegt mein Gedankenfehler?
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Senior 
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Mitteilungen: 3298
Wohnort: Hamburg, z.Zt. Hannover
 | Beitrag No.1, eingetragen 2022-02-22
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Moin,
deine Frage klingt banal, aber tatsächlich ist das ein Punkt, der sehr stiefmütterlich behandelt wird. Weil ich selber nach einiger Recherche keine befriedigende Beantwortung der Frage gefunden habe, will ich da mal einen Erklärungsversuch starten. Ich erhebe hier allerdings keinen Anspruch auf Vollständigkeit.
Nehmen wir einen n- und einen p-Halbleiter und verbinden sie nicht nur jeweils an einer Seite sondern verbinden sie gedanklich in einem Kreis, so entstehen zwei pn-Übergänge. Solange die n- und p-Halbleiter homogen dotiert sind und die Verarmungszonen dünn sind im Vergleich zu der Dicke der n- und p-Halbleiter, sie sich also gegenseitig nicht beeinflussen, dann sind die pn-Übergänge gleich geartet.
Bringt man nun einen Halbleiter mit einem Metall in Verbindung, so wird es durch die unterschiedlichen Fermi-Energien in beiden Materialien zu einer Bandverbiegung kommen. Diese führt zu einem Ladungsträgerausgleich der wiederum zu einer Verarmungszone führt. Je nach Wahl des Metalls, des Halbleiters und dessen Dotierung fällt diese Verarmungszone nun größer oder kleiner aus. In der Regel ist man für einen guten ohmschen Kontakt an einem kleinen Übergangswiderstand interessiert. Aber auch bei optimaler Anpassung der Materialien aneinander wird das Metall nicht als ideal gelten und der Gedanke, dass die beiden Elektroden über den Metallkontakt einen identischen pn-Übergang wie oben beschrieben ausbilden, ist nicht korrekt. Die treibende Kraft ist die Absorption von Licht und die Influenz von Ladungsträgern aufgrund der pn-Verarmungszone, welche eine effektive Spannung an den ohmschen Kontakten der Solarzelle bilden.
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