Eine Solarzelle, auch Photovoltaikzelle genannt, wandelt Sonnenlicht direkt in elektrische Energie um. Sie basiert auf dem Prinzip des photovoltaischen Effekts. Hier ist eine vereinfachte Erklärung, wie eine Solarzelle funktioniert:

1. Halbleitendes Material: Die Solarzelle besteht aus einem halbleitenden Material, das oft aus Silizium besteht. Das Silizium wird so behandelt, dass es P-N-Übergänge bildet. Das bedeutet, dass eine Schicht des Materials positiv (P-Typ) geladen ist und die andere Schicht negativ (N-Typ) geladen ist.
2. Absorption von Photonen: Wenn Sonnenlicht auf die Solarzelle trifft, enthält es Photonen (Lichtquanten), die Energie transportieren. Die Photonen werden von der oberen Schicht der Solarzelle absorbiert.
3. Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren: Die absorbierten Photonen geben ihre Energie an Elektronen im halbleitenden Material ab, wodurch Elektron-Loch-Paare erzeugt werden. Elektronen werden dabei aus ihrer Bindung herausgelöst und hinterlassen sogenannte Löcher.
4. Trennung von Elektronen und Löchern: Aufgrund der elektrischen Felder an der P-N-Grenzschicht werden die freigesetzten Elektronen und Löcher getrennt. Die Elektronen werden zur n-Typ-Seite gezogen, während die Löcher zur p-Typ-Seite wandern.
5. Erzeugung von elektrischem Strom: Durch die Trennung der Ladungen entsteht ein elektrisches Feld zwischen den beiden Schichten der Solarzelle. Wenn nun ein externer Stromkreis geschlossen wird, können die freien Elektronen über den äußeren Stromkreis zur p-Typ-Seite fließen und dabei Arbeit leisten, da sie gegen das elektrische Feld arbeiten. Dieser Fluss von Elektronen erzeugt den elektrischen Strom, der zur Nutzung verwendet werden kann.
6. Umwandlung und Nutzung der elektrischen Energie: Der erzeugte Gleichstrom (DC) kann in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, um ihn für den Haushaltsgebrauch oder andere Anwendungen zu nutzen. Dies geschieht mithilfe eines Wechselrichters, der den Gleichstrom in die erforderliche Wechselstromform umwandelt.