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Von der Entdeckung & Erforschung bis zur Erklärung

1839 beobachtete Alexander Edmond Bequerel als Erster, dass sich Ladungsträger aus einer Metalloberfläche freisetzen, wenn diese mit Licht in Berührung kommt. Der so genannte Becquerel-Effekt wird auch als Fotoeffekt bezeichnet. Becquerel fand in weiteren Experimenten heraus, dass zwischen zwei elektrolytischen Zellen ein Stromfluss entsteht, der lichtabhängig ist.
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Fotoeffekt: Nobelpreis für Albert EinsteinUrheber: Deutsche Bundespost | Lizenz: public domainIm Weiteren erforschte Heinrich Hertz die Bedeutung der UV-Strahlung, die Elektronen aus den Elektroden herausfiltert. Weitergeführt wurden die Forschungen von Hertz´ Assistent Wilhelm Halbwachs. Mit dem als Halbwachs-Effekt bezeichneten Vorgang wies er nach, dass sich durch Bestrahlung mit einer Lichtbogenlampe Metallplatten elektrisch aufladen lassen. Auch Albert Einstein forschte zum Fotoeffekt als Teil seiner Lichtquantentheorie. Er lieferte 1905 die physikalische Erklärung zum Fotoeffekt. Für diese korrekte Erkenntnis erhielt er 1921 den Nobelpreis.

Laut Einsteins Erklärung ist Licht nicht als reine Welle zu verstehen, sondern ihr sind auch Teilcheneigenschaften zu zuerkennen. Einstein spricht vom Welle-Teilchen-Dualismus. Die enthaltenen Teilchen, die Photonen, sind geladen mit Energie und können diese an andere Teilchen abgeben. Nutzbar wird diese Energie damit für viele Prozesse. In der Praxis kann sie eingesetzt werden zur Gewinnung von Strom mit Hilfe von Photovoltaik Anlagen. Aber auch in größerem Maßstab kann die beim Fotoeffekt frei werdende Energie genutzt werden, beispielsweise wurde sie für die Raumfahrt verwendet: Speziell konstruierte Solarmodule stellen die Stromversorgung der Satellliten sicher.

Den Fotoeffekt zur Stromgewinnung nutzen mit intelligenten Solarzellen

Den Fotoeffekt nutzen, um  Energie zu gewinnen, ist die Herausforderung unserer Zeit. Sinnvoll gelingt das mit Solarmodulen, die in der Photovoltaik die elektrische Energie des Fotoeffekts auffangen. Das Solarmodul besteht aus einem Halbleiter wie beispielsweise Silizium. Seine elektrisch leitfähigen Eigenschaften erhält das Material erst durch die Einwirkung von Licht oder Wärme.

Solarzellen werden mit zwei Schichten aus Halbleitern versehen. Es gibt jeweils eine positiv und eine negativ geladene Schicht. Zwischen den beiden Schichten bildet sich ein elektrisches Feld. Fällt nun Licht ein, werden die durch den entstehenden Fotoeffekt frei werdenden Teilchen von den Halbleitern aufgenommen. Durch die gegensätzliche Ladung von positiv und negativ werden die Teilchen entsprechend ihrer eigenen Ladung getrennt. Bei diesem Vorgang entsteht eine elektrische Spannung, die von zusätzlich installierten Kontakten aus Metall abgefangen wird. Mit Anschluss eines elektrischen Geräts wird der Stromkreis geschlossen. Der entstehende Gleichstrom wird mit einem Wechselrichter in Wechselstrom umgewandelt, um ihn für den Haushalt gebräuchlich zu machen. Den Fotoeffekt zu nutzen ist umweltfreundlich, da Solarstrom unbegrenzt verfügbar ist.

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Dieser Artikel wurde erstellt von: Christian Märtel, Redakteur de.SolarContact.com