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 pet302  Aufbau und Funktion der Solarzelle
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zur Funktion der Solarzelle
 pet003  Der undotierte Halbleiter
 pet004  Der dotierte Halbleiter (p-Leiter und n-Leiter)
 pet301  Solarzelle und Solarmodul
 
 
 
 Informationen zum Mediensatz
Dieser Mediensatz dient zusammen mit dem Mediensatz pet301 der Erarbeitung der Funktion der Solarzelle.
Zunächst erfolgt die Untersuchung der Solarzelle im abgedunkelten Zustand (z.B. in einem Karton eingepackt), wo sie sich wie eine Diode* mit Durchlass- und Sperr-Richtung verhält. Die beleuchtete Solarzelle andererseits wirkt selbst wie eine Stromquelle, die Gleichstrom abgibt. Somit ist die Solarzelle Diode und Stromquelle zugleich, genauer gesagt eine Diode, deren Bauform so ausgelegt ist, dass Lichtenergie mit möglichst wenig Verlusten in elektrische Energie umgewandelt werden kann.
Im Schichtenaufbau wird erkennbar, dass die der Sonne zugewandte n-Schicht extrem dünn angefertigt ist, damit Licht (die Photonen) bis zur Sperrschicht im n-/p-Grenzbereich vordringen kann. Bereits bei der Diode (pet101) wurde das Entstehen der Sperrschicht erarbeitet, so dass auf die dabei erworbenen Erkenntnisse zurückgegriffen werden kann. Dass Energiezufuhr in Form von Licht oder Wärme Elektronen aus bestehenden Paarbindungen löst, wurde bereits dort im Laufe der anfänglichen Halbleitertheorie, bzw. bei der Gegenüberstellung ntc-Leiter / ptc-Leiter zusammenfassend erklärt.
Bei der Solarzelle als "lichtdurchlässige Flächendiode" kommt es bei Lichteinfall zu einer Spannung von ca. 0,5 Volt (Leerlaufspannung) zwischen den beiden Schichtanschlüssen. Beim Aufbau einer leitfähigen äußeren Verbindung (z.B. über einen Solarmotor) fließt dann solange Strom, wie Licht-Energie auf die Solarzelle einfällt. Es werden dabei ständig neu Elektronen vom Licht aus Parrbindungen herausgelöst, die dann über die "äußere" Verbindungsleitung von der n-Schicht zur p-Schicht strömen, um erneut zu rekombinieren, also Elektronenpaar-Bindungen wieder herzustellen.
Eine voll befriedigende Erklärung des Funktionsablaufs der Solarzelle kann auf dem Niveau der Sekundarstufe 1 leider nicht erfolgen.
(*) Sollten Sie ein abgedunkeltes Solarmodul im Versuch als Diode verwenden, erreichen Sie möglicherweise wegen eventuell eingebauter (gegengerichteter) Schutzdioden in beiden Richtungen einen Stromfluss, so dass Ihr Modul dann nicht als Diode vorgeführt werden kann
Tipps zum Mediensatz:  Es ist vorgesehen, dass der Schüler das Arbeitsblatt selbst ausfärbt und ergänzt. Sollten Sie mehr Informationen wünschen, so können Sie die Farbfolie im Graustufen-Modus als Kopiervorlage ausdrucken.
Tipps zum Whiteboard-Einsatz:  Die Mediendarstellung kann im Browser mit der Tastenkombination [Strg] + Plustaste oder Minustaste oder mit [Strg] und dem Mausrad vergrößert oder verkleinert werden, um dann erklärend in die projizierte Folie oder das Arbeitsblatt hinein zu arbeiten. Mit der Software des Smartboards / Aktivboards können Medien-Bereiche (vorerst) abgedeckt werden oder weitere Erklärungen angebracht werden. So lässt sich z.B. auch ein Arbeitsblatt in der Projektion einfärben oder (gemeinsam) ausfüllen.
Tipps zur OH-Projektion: Wenn Sie von der Kopiervorlage eine s/w-Kopierfolie erstellen, können Sie diese bei der gemeinsamen Erarbeitung vervollständigen. Die Farbfolie setzen Sie dann eventuell erst bei der Zusammenfassung oder Wiederholung ein. Wenn Sie die Farbfolie zur Projektion in eine "gute" Klarsichtfolie stecken, können Sie auch auf dieser Klarsichtfolie Eintragungen zur Projektion "in die Folie" machen, ohne sie zu zerstören.