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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Unklarheiten Funktion Solarzelle


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Autor: SolarNoob (Gast)
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Hallo,
Ich habe mir gerade diese Erklärung
https://www.sfv.de/lokal/mails/phj/solarzel.htm
zur Funktion der Solarzelle angeschaut und habe mich gefragt:
Warum gehen die Elektronen die von den Photonen aus den 
Elektronenbindungen geschlagen werden zur n-dotierten Schicht und die 
Löcher zur p-dotierten Schicht? Eigentlich werden sie doch von 
gleichnamigen Ladungen abgestoßen, das Slektron sollte also nach p und 
das Loch nach n gehen oder? Dann würde ja kein Strom fließen und die 
Solarzelle würde nicht funktionieren. Warum funktioniert sie doch?

: Verschoben durch Moderator
Autor: Jim M. (turboj)
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SolarNoob schrieb:
> Eigentlich werden sie doch von
> gleichnamigen Ladungen abgestoßen, das Slektron sollte also nach p und
> das Loch nach n gehen oder?

Oder. In der Grenzbereich (PN-Übergang) sind die Ladungen "vertauscht", 
d.h. die p-dotierte Schicht ist negativ und die n-dotierte Schicht ist 
positiv vorgeladen.

Damit wandern die Elektronen zur N-Schicht, die damit zum Minuspol einer 
Spannungs- oder Stromquelle wird.

Autor: Theor (Gast)
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Bedauerlicherweise ist auf der verlinkten Seite, in Bild 6 der 
pn-Übergang nur noch als graue Fläche angedeutet. Die Verteilung von 
Löchern und Elektronen darin ist nicht mehr im Detail eingezeichnet. Das 
mag ein wenig irreführend sein, wenn man bei der Betrachtung des Bildes, 
die darüber stehende Erklärung über die Verteilung der Ladungsträger aus 
den Augen verloren hat.

Tatsächlich enthält der obere Teil der grauen Fläche, also in der 
n-dotierten Fläche, in welche die Elektronen der 5-wertigen Atome 
eingezeichnet sind, Löcher, also positiv geladene Löcher. Und der untere 
Teil der grauen Fläche enthält Elektronen.

Tritt also eine Ladungstrennung durch ein Photon ein, so wirkt auf das 
freigewordene Elektron, das Feld, dass durch die in der n-Zone 
befindlichen Löcher und in der p-Zone befindlichen Elektronen erzeugt 
wird. Es bewegt sich also in die n-Zone hinein, obwohl Bild 6 
lediglich die überschüssigen Elektronen ausserhalb des pn-Überganges 
zeigt.

Autor: Peter R. (pnu)
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SolarNoob schrieb:
> Warum gehen die Elektronen die von den Photonen aus den
> Elektronenbindungen geschlagen werden zur n-dotierten Schicht und die
> Löcher zur p-dotierten Schicht?

Das gilt für die Fotozelle, bei der Sperrspannung angelegt ist.


Bei der Solarzelle, die im Durchlasspolung betrieben wird, ist die 
Bewegungsrichtung der entstandenen Ladungsträger gerade umgekehrt.

Autor: Klaus I. (klauspi)
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Hallo,
ich kenne das - nennen wir es mal „Loch-Modell“ - gar nicht.

SolarNoob schrieb:
> Eigentlich werden sie doch von
> gleichnamigen Ladungen abgestoßen, das Slektron sollte also nach p und
> das Loch nach n gehen oder?

Der Gedanke Elektron geht in das Loch ist nach diesem Modell 
naheliegend. Allerdings bewegt sich das Loch nicht, kann höchstens durch 
ein Elektron „aufgefüllt“ werden. Nur die Elektronen sind ja beweglich.

Dabei werden aber auf beiden Seiten zwei Formalladungen (n-dotiert = P+ 
und p-dotiert = B-) entstehen – Energetisch ist das ungünstig, also wird 
das wenig passieren (dünne Grenzschicht).

Durch die Formalladung ist P+ bestrebt ein Elektron aufzunehmen und B- 
würde es gerne abgeben. Und das tut es dann auch nach etwas 
Energie-Zufuhr.


Nur mal so meine Gedanken dazu, wie gesagt kenne ich euer Loch-Modell 
nicht. Ich komme nicht aus der E-Technik.

Autor: Lurchi (Gast)
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Die Erklärung auf der verlinkten Seite ist tatsächlich kaum zu 
verstehen. Die Funktion ist auch gar nicht so einfach zu verstehen.

Das fängt schon damit an das das Konzept mit den Löchern nicht so 
anschaulich ist. Auch die können sich als unabhängige Anregungen bewegen 
und verhalten sich auch anders als Fehlende Elektronen die von den 
Nachbarn ausgefüllt werden.

Die Stromrichtung des Photostromes ist auch die Gleiche bei der 
Solarzelle und einer Photodiode mit Vorspannung. Der Unterschied ist nur 
das mit Vorspannung die Elektronen zusätzlich zu den inneren "Feldern" 
auch noch zusätzlich durch die äußere Spannung getrennt werden. In der 
Solarzellen wirkt vor allem das innere "Feld" und das sogar so stark, 
dass die Elektronen auch noch gegen die sich aufbauende Spannung 
getrennt werden.

Im Bild 6 sind nur die Beweglichen Ladungsträger eingezeichnet. Dazu 
gibt es aber noch die festen von der Dotierung (positive im oberen N 
Bereich und negative im unteren P Bereich), und die sorgen dafür das die 
leichteren Elektronen sich bevorzugt nach oben bewegen und die 
schwereren Löcher noch unten.

Autor: Klaus I. (klauspi)
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Lurchi schrieb:
> Das fängt schon damit an das das Konzept mit den Löchern nicht so
> anschaulich ist. Auch die können sich als unabhängige Anregungen bewegen
> und verhalten sich auch anders als Fehlende Elektronen die von den
> Nachbarn ausgefüllt werden.

Zu Deinen Aussagen kann ich jeweils nur klar Nein sagen. Eure Löcher 
beziehen sich klar auf Elektronen oder einen Elektronen-Mangel und damit 
ist alles verbunden. Da ist nichts unabhängig und sie verhalten sich 
auch nicht anders. Beides gehört zusammen und läuft immer gleichzeitig 
ab. Nur die Elektronen bewegen sich!

Das Thema ist halt sehr abstrakt und es gibt unterschiedliche 
gedankliche Modelle um die Wirklichkeit erfassbar zu machen. Und nicht 
alle taugen dazu, gewisse Teile der Wirklichkeit abzubilden und 
begreifbar zu machen.

Man muß sich nur Fragen, was würde jetzt das Elektron tun. Das mit den 
Löchern, scheint mir hier nur abzulenken. Aber auch wenn man in einen 
Modell mit Löchern denkt, dass passiert alles gleichzeitig und ist 
sicherlich nicht unabhängig.

Autor: Hirnschaden, H. (Firma: Happy Computing MDK Inc.) (hirnschaden)
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Ainen gudden!

Klaus I. schrieb:
> Eure Löcher beziehen sich klar auf Elektronen oder einen
> Elektronen-Mangel und damit ist alles verbunden.

Nein, das ist die Dotierung. Das sind tatsächlich positive Ladungen. Die 
können sich aber nur als Löcher in einem elektronenstrom bewegen.

Dwianea
hirnschaden

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