Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Licht in Strom auf atomarer Ebene. Einige Materialien weisen eine Eigenschaft auf, die als photoelektrischer Effekt bekannt ist und die dazu führt, dass sie Lichtphotonen absorbieren und Elektronen freisetzen. Das erste Photovoltaik-Modul wurde 1954 von Bell Laboratories gebaut.
Der photovoltaische Effekt tritt in Solarzellen auf. Diese Solarzellen bestehen aus zwei verschiedenen Halbleitertypen - einem p-Typ und einem n-Typ -, die zu einem pn-Übergang zusammengefügt werden.
Durch das Verbinden dieser beiden Halbleitertypen wird im Bereich des Übergangs ein elektrisches Feld gebildet, wenn sich Elektronen zur positiven p-Seite bewegen und Löcher zur negativen n-Seite. Dieses Feld bewirkt, dass sich negativ geladene Teilchen in eine Richtung bewegen und positiv geladene Teilchen in die andere Richtung.
Licht besteht aus Photonen. Diese Photonen können von einer Photovoltaikzelle absorbiert werden - dem Zelltyp, aus dem Sonnenkollektoren bestehen. Wenn Licht einer geeigneten Wellenlänge auf diese Zellen einfällt, wird Energie von dem Photon auf ein Atom des Halbleitermaterials im pn-Übergang übertragen. Insbesondere wird die Energie auf die Elektronen im Material übertragen. Dies bewirkt, dass die Elektronen in einen höheren Energiezustand springen, der als Leitungsband bezeichnet wird. Dies hinterlässt ein "Loch" in dem Valenzband, aus dem das Elektron sprang. Diese Bewegung des Elektrons als Folge zusätzlicher Energie erzeugt zwei Ladungsträger , ein Elektronenlochpaar.
Aufgrund des elektrischen Feldes, das durch den pn-Übergang entsteht, bewegen sich Elektronen zur negativen n-Seite und die positiven Löcher zur p-Seite.
