Eine Solarzelle ist ein elektrisches Bauelement, das Licht in elektrische Energie umwandelt. Die physikalische Grundlage dafür ist der photovoltaische Effekt. Mehrere Solarzellen können elektrisch zu einem Solarmodul verschaltet werden. Durch die Art der Verschaltung kann der elektrische Betriebsbereich (Strom und Spannung) im Hinblick auf eine bestimmte Verwendung des Solarmoduls maßgeschneidert werden.

Solarzellen bestehen aus verschiedenen Halbleitermaterialien. Halbleiter sind Stoffe, die unter Licht- oder Wärmezufuhr elektrisch leitfähig werden, während sie bei tiefen Temperaturen elektrisch isolierend wirken.



Zur Herstellung einer Solarzelle wird das Halbleitermaterial "dotiert", d. h., es werden gezielt chemische Stoffe in den Halbleiter eingebracht, die darin entweder für einen positiven (p-dotierter Halbleiter) oder negativen (n-dotierter Halbleiter) Ladungsträgerüberschuss sorgen.
Dadurch entsteht an der Grenzschicht ein sogenannter p-n-Übergang. Die Besonderheit dieser Grenzschicht besteht darin, dass sich dort lokal ein starkes elektrisches Feld ausbildet.

Fällt nun Licht in den Halbleiter hinein, werden durch den photoelektrischen Effekt freie positive und negative Ladungsträger erzeugt. Findet dieser Prozess in der Nähe des p-n-Übergangs statt, so sorgt das lokale elektrische Feld für eine räumliche Trennung der positiven und negativen Ladungsträger. Diese bewegen sich in Richtung der äußeren Elektroden (Kontaktfingern bzw. Rückseitenkontakt) und bauen auf diese Weise eine Spannung auf, die Solarzelle wirkt also ähnlich wie eine Batterie. Schließt man zwischen den Elektroden einen elektrischen Verbraucher an, so fließt ein Strom.

Der Wirkungsgrad einer Solarzelle oder eines Solarmoduls ist das Verhältnis von erzeugter elektrischer Energie zur eingestrahlten Lichtenergie. Halbleiter mit fester Bandlücke können nur einen Teil des Lichtspektrums absorbieren und somit nur einen Teil des Sonnenlichtes nutzen. Ihr maximaler theoretischer Wirkungsgrad liegt bei ca. 30 % im Gegensatz zu ca. 85% bei Multibandsystemen, die das gesamte Spektrum des Sonnenlichts ausnutzen. Der Wirkungsgrad einer Solarzelle ist jedoch keine feste Größe, sondern er ändert sich mit der Sonneneinstrahlung, der Temperatur und mit den elektrischen Anschlussbedingungen einer Solarzelle. Bedingt durch Alterungsprozesse nimmt der Wirkungsgrad im Laufe der Zeit etwas ab, Hersteller geben beispielsweise Garantien auf mindestens 80 % des anfänglichen Energieertrags nach 20 Jahren Gebrauch.

Eine weitere interessante Größe ist der Erntefaktor, der angibt, wie oft ein Solarmodul die zu seiner Herstellung benötigte Energie während seiner Lebensdauer wieder einspielt. Bei einer angenommenen Lebensdauer von 30 Jahren liegt der Erntefaktor für monokristalline Siliziummodule bei 5 bis 8, für polykristalline Siliziummodule bei 7 bis 14 und für Dünnschichtmodule bei 9 bis 21. Entsprechend kann man auch eine Amortisationszeit angeben. Damit ist die Zeitspanne gemeint, nach der die zur Herstellung benötigte Energie vom Solarmodul gerade wieder erzeugt wurde.

Die charakteristischen Eigenschaften eines Solarmoduls werden durch Kenngrößen beschrieben. An dieser Stelle können Sie nachlesen, wie diese Kenngrößen zu interpretieren sind.