Solarzellen

Als Solarzelle kann man auch eine "umgekehrte" Photodiode verwenden, die nicht mit einer externen Stromquelle, sondern mit einer Lichtquelle beleuchtet wird. Die Diode wird an einen Spannungsmesser (mit einem hohen inneren Widerstand) angeschlossen. Wird sie nun mit Licht entsprechender Wellenlänge beleuchtet, erzeugt sie eine Spannung von 1 - 2,5 V in Abhängigkeit von der Farbe. Für das Entstehen einer Spannung an den Füßen der Diode ist der innere fotoelektrische Effekt verantwortlich.

Beim äußeren fotoelektrischen Effekt werden die Elektronen unter Lichteinfluss aus dem Metall gestoßen. Die Wellenlänge der Strahlung, die auf das Metall trifft, muss entsprechend klein sein, kleiner als ein bestimmter Schwellenwert, der charakteristisch für das gegebene Material ist. Die Energie eines einzelnen Photons ist proportional zu Frequenz der Strahlung (E = hn = hc/l). ). Die kleinste Energie, die für das Ausstoßen eines Elektrons benötigt wird, nennt man Austrittsarbeit W. Der fotoelektrische Effekt wurde erstmals 1905 von Einstein erklärt:

Dabei ist:E_kin der maximale Wert der kinetischen Energie des emittierten Elektrons, h die plancksche Konstante (6.626.10^-34 Js), n die Frequenz der auf die Metallplatte eintreffenden Welle, W die Austrittsarbeit des Elektrons aus dem Metall.

Beim inneren fotoelektrischen Effekt, wird das Elektron von einem niedrigeren Band, dem sog. Valenzband, in ein höheres, das sog. Leitungsband, angehoben und hinterlässt ein "Loch". Das Loch und das Elektron bewegen sich in entgegen gesetzte Richtungen. Die entstehende Spannung entspricht der Energielücke zwischen den Bändern vermindert um den Wert der sog. Polarisation der Verbindungsstelle (0,8 V). Die Diodenfarbe hängt von der Größe der Energielücke ab, so entspricht z. B. Rot mit einer Wellenlänge von 680 nm einer Quantenenergie von 1,8 eV. Eine rote Diode erzeugt somit eine Spannung von 1 V und eine grüne (520 nm) 1,5 V.