Photoeffekt

 

Der Photoeffekt wurde 1839 von Alexander Edmond Bequerel entdeckt. Im Verlauf eines Experimentes stellte er fest, dass zwischen zwei elektrolytischen Zellen ein lichtabhängiger Stromfluss entstand. Dieser Photoeffekt wurde in den folgenden Jahrzehnten unter anderem von Heinrich Hertz und W. Hallwachs 1887 weitergehend erforscht, unter anderem über den äußeren photoelektrischen Effekt, bei dem geladene Teilchen Elektronen aus einem Material herauslösen (Hallwachs-Effekt). Weiterentwickelt wurde die Erforschung von Albert Einstein, der den Photoeffekt in seine Lichtquantentheorie einbezog.

Erst mit seiner Arbeit zum Lichtquanteneffekt 1905, für die er 1921 den Nobelpreis erhalten sollte, konnte der Photoeffekt physikalisch erklärt werden. Nach diesem Erklärungsansatz ist Licht nicht nur eine Welle, sondern besitzt auch Teilcheneigenschaften (“Welle-Teilchen-Dualismus”). Die sogenannten “Photonen” besitzen demnach eine bestimmte Energieladung. Ein Photon kann seine Energie an andere Teilchen übertragen. Diese Energie lässt sich für verschiedene Prozesse nutzen, unter anderem für die Stromerzeugung durch Photovoltaik Anlagen. Die ersten entsprechenden Solarmodule wurden in der Raumfahrt genutzt, um Satelliten mit Strom zu versorgen.

In der Photovoltaik wird elektrische Energie durch Solarmodule gewonnen. Dieses besteht in den meisten Fällen aus Silizium, einem Halbleitermaterial. Halbleiter werden elektrisch leitfähig, wenn ihnen Licht oder Wärme zugeführt wird. Für eine Solarzelle werden zwei Halbleiterschichten gebildet, die jeweils einen positiven und einen negativen Ladungsträgerüberschuss besitzen. Dies wird “dotieren” genannt.

Nutzung vom Photoeffekt durch eine Photovoltaik Anlage

Am Übergang zwischen beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld, welches dann unter Lichteinfall die durch den Photoeffekt freigesetzten Teilchen der Ladung nach trennt. Metallkontakte greifen die dadurch entstehende elektrische Spannung ab. Wird ein elektrischer Verbraucher angeschlossen, schließt sich der äußere Kreis und es fließt Gleichstrom. Für die Nutzung im Haushalt wandelt ein Wechselrichter den Gleichstrom in Wechselstrom um, da die meisten Haushaltsgeräte mit Wechselstrom betrieben werden.

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