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Halbleiter
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Halbleiter

Als Halbleiter werden Stoffe bezeichnet, die sowohl Leiter als auch Nichtleiter sein können. Mit anderen Worten: Halbleiter können je nach vorliegenden Bedingungen Strom leiten oder wie ein Isolator wirken.

Die Physik von Halbleitern

Die Halbleitereigenschaft lässt sich physikalisch anhand der Umgebungstemperatur erklären. In Halbleitern liegen bei sehr tiefen Temperaturen keine frei beweglichen Ladungsträger vor, weshalb Sie dann isolierend wirken. Hohe Temperaturen oder schon die Raumtemperatur hat zur Folge, dass im Halbleiter Ladungsträger freigesetzt werden, die den Strom leiten können.

Verschiedene Halbleitermaterialien

Bekannte Halbleiter sind zum Beispiel Germanium oder Silizium. Außerdem gehören Galliumarsenid, Cadmiumsulfid und Zinkselenid zu den Verbindungen, die Halbleitereigenschaften aufweisen.

Der Halbleiter in der Photovoltaik

Die Halbleitereigenschaft von Silizium oder auch der Verbindung Galliumarsenid ist entscheidend für ihre Verwendung in der Photovoltaik. Dazu wird aber durch eine gezielte „Verunreinigung“ der Halbleiter eine erhöhte Leitfähigkeit erreicht. Diesen Vorgang bezeichnet man als Dotierung. Hierbei werden wenige Atome des Halbleiters durch ein Fremdatom ersetzt. Je nachdem, welche Fremdatome genutzt werden, wird der Halbleiter p-leitend (bei 3-wertigen Fremdatomen) oder n-leitend (bei 5-wertigen Fremdatomen).

Die Diode

Eine Diode ist ein Bauteil, bei dem p- und n-leitende Halbleiter kombiniert werden. In diesem Bauteil entsteht am sogenannten p-n-Übergang eine Grenzschicht. Dort „wandern“ Elektronen von der n-Schicht zur p-Schicht, wodurch hier eine Spannung entsteht. Der photoelektrische Effekt beschreibt zudem, dass die Leitfähigkeit am p-n-Übergang noch zunimmt, wenn auf diesen Licht trifft, da sich hierdurch weitere Elektronen-Loch-Paare bilden. Hier spricht man von Photodioden.

Der Halbleiter in der Solarzelle

Solarzellen sind im Prinzip große Photodioden. Der meistgenutzte Halbleiter für kristalline Solarzellen ist Silizium. In Dünnschicht-Solarzellen werden zudem andere Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid, Cadmiumsulfid oder auch Zinkselenid verwendet.

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