Selbsterarbeitung: Solarzelle
Übersicht
Auf diesem digitalen Arbeitsblatt kannst du dir erarbeiten, wie eine Solarzelle funktioniert. Es ist eingeteilt in vier Applets:
- Entstehung der Raumladungszone
- Innerer Photoeffekt in der Solarzelle bei Bestrahlung mit Licht
- Kurzschlussstrom bei Bestrahlung mit Licht
- Strom-Spannungs Kennlinie einer Solarzelle
- Für bessere Übersicht kann der Knopf "Unwichtiges ausblenden" angetippt werden.
- Unten rechts kann das Applet im Vollbildmodus angeschaut werden.
0. Aufbau einer Solarzelle
Eine Silizium Solarzelle besteht aus verschiedenen Schichten (siehe unten):
- Metallkontakt (Gitter)
- n dotiertes Silizium
- p-dotiertes Silizium
- Metallkontakt
1. Entstehung der Raumladungszone
Wir betrachten den Querschnitt der Solarzelle.
2. Innerer Photoeffekt in der Solarzelle bei Bestrahlung mit Licht
3. Kurzschlussstrom bei Bestrahlung mit Licht
4. Kennlinie der Solarzelle
Schließt man die Solarzelle wie unten abgebildet an einen Verbraucher (Widerstand), so kann man Spannung und Strom messen. Verändert man nun den Widerstand, so misst man andere Strom und Spannungswerte. Trägt man für alle möglichen Widerstände die zugehörigen Strom und Spannungswerte in ein Diagramm, so erhält man eine sogenannte Strom-Spannungs-Kennlinie.
Aus ihr kann man beispielsweise ausrechnen, bei welcher Belastung die Solarzelle die maximale Leistung aufweist.
Experiment A (in der Schule)
Wir wollen nun überprüfen, ob wir die UI-Kennlinie (oben) bei einer realen Solarzelle nachweisen können. Baut dazu in Kleingruppen den Aufbau (siehe unten) auf. Stellt die Messgeräte auf einen sinnvollen Bereich ein.
- Stellt das Potentiometer auf (Kurzschluss). Jetzt könnt ihr die Stromstärke I und die Spannung U an den Messgeräten ablesen. Tragt diese in die Tabelle bei Messung 1 ein.
- Öffnet den Stromkreis und vergrößert den Widerstand. Nun kann der Stromkreis wieder geschlossen werden.
- Tragt die neuen Werte für U und I ebenfalls in die Tabelle ein.
- Wiederholt dies, bis ihr 10 Messwerte habt.
Experiment B (in der Schule)
Wir wollen die Proportionalität des Kurzschlussstroms von der Beleuchtungsstärke nachweisen (siehe Applet 3 und 4).
- Baut den Aufbau entsprechend der Schaltskizze auf.
- Überlegt euch, wie viele Messungen ihr mindestens durchführen solltet, um die Proportionalität zu zeigen.
- Messt den Kurzschlussstrom der Solarzelle in Abhängigkeit von der Bestrahlungsstärke. Tragt die Messergebnisse in die Tabelle ein.
- Überlegt euch, wie groß die Unsicherheiten auf den beiden Größen sind und tragt diese ebenfalls in die Tabelle ein.
- Um die Daten rechts anzeigen zu lassen, könnt ihr den Schieberegler "Anzahl Datenpunkte" auf die korrekte Position bringen.
