Die Sonne hat eine immense Bedeutung als Energiequelle für unseren Planeten und die Menschheit. Die Sonne hat eine geschätzte Lebensdauer von etwa 10 Milliarden Jahren. Es wird vermutet, dass sie sich derzeit etwa in der Mitte ihres Lebens befindet. Sie wird noch viele Milliarden Jahre eine nachhaltige Energiequelle sein, ohne fossile Brennstoffe zu verbrauchen oder CO2-Emissionen freizusetzen.
Eine Solarzelle ist ein elektronisches Gerät, das in der Lage ist, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Solarzellen bestehen in der Regel aus einem Halbleitermaterial, gewöhnlich ist dieses Silizium. Silizium ist das zweithäufigste Element auf der Erde und das am weitesten verbreitete Halbmetall. Es wird so behandelt, dass es eine positive und eine negative Schicht bildet. Die Grenzfläche zwischen den beiden Schichten wird als pn-Übergang bezeichnet.
Wenn Licht auf die Solarzelle trifft, wird die Energie das Lichts auf die Elektronen im Halbleitermaterial übertragen und regt diese an. Dadurch werden die Elektronen von ihrer gebundenen Position gelöst und können sich frei bewegen. Durch den pn-Übergang und die Anregung der Elektronen entsteht ein elektrisches Feld in der Solarzelle. Die freigesetzten Elektronen bewegen sich aufgrund des elektrischen Feldes in eine Richtung, während die positiven Ladungsträger (Löcher) in die entgegengesetzte Richtung wandern.
Die Elektronen wandern durch einen externen elektrischen Schaltkreis, um zurück zur anderen Seite der Solarzelle zu gelangen, was einen elektrischen Strom erzeugt. Der erzeugte Strom kann genutzt werden, um elektrische Geräte zu betreiben oder in Batterien gespeichert werden. Der erzeugte Strom liegt in Form von Gleichstrom (DC) vor und muss häufig in Wechselstrom (AC) umgewandelt werden, da die meisten Haushalte und das öffentliche Stromnetz mit Wechselstrom betrieben werden. Dies wird durch einen Wechselrichter erreicht, der den Gleichstrom in den benötigten Wechselstrom umwandelt.
Die Effizienz einer Solarzelle hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich des Materials, aus dem sie hergestellt ist, der Qualität der Oberfläche, des Designs und der Intensität der einfallenden Sonnenstrahlung.