Solarzellen / Solarmodule
In der Astronomie werden mit dem Begriff "Sonnensegel" grundsätzlich zwei verschiedene Dinge in Verbindung gebracht. Am geläufigsten dürfte wohl das Sonnensegel zur Energieerzeugung sein. Diese Sonnensegel, oft auch als Solarzelle oder Solarmodul bezeichnet, finden beispielsweise an Bord der Internationale Raumstation ISS Anwendung.
1839 gelang es Alexandre Edmond Becquerel den photoelektrischen Effekt erstmals zu beobachten. Bei seinem Experiment mit elektrolytischen Zellen, bei dem er den Stromfluss zwischen den zwei Elektroden maß, stellte er fest, dass bei Licht geringfügig mehr Strom fließt, als im Dunkeln. Damit war die Grundlage der Photovoltaik entdeckt.
Willoughby Smith und sein Assistent Joseph May entdeckten 1873, dass Selen unter Lichteinwirkung seinen Widerstand verändert. Daraufhin entdeckte 1876 William Grylls Adams zusammen mit seinem Schüler Richard Evans Day, dass Selen Elektrizität produziert. Damit war der Beweis erbracht, dass elektrische Energie auch ohne den Umweg über kinetische Energie von einem Feststoff erzeugt werden kann. In den darauf folgenden Jahren kam es zu grundlegenden Arbeiten über den photoelektrischen Effekt aber auch zu Zweifeln an dessen Seriosität. Eine theoretische Erklärung des lichtelektrischen Effekts lieferte schließlich Albert Einstein 1907. Seine Theorie stützt sich dabei auf die von ihm aufgestellte Lichtquantentheorie von 1905.
Russell S. Ohl stellte 1940 unerwartet fest, dass der lichtelektrische Effekt auch bei Silizium auftritt. Bei den Bell Laboratories beteiligte er sich auch an der Entdeckung, Halbleitern durch gezielte Dotierung die elektrischen Eigenschaften zu ändern und dadurch einen p-n-Übergang zu schaffen. 1948 konzipierte Walter Schottky erstmals Halbleiter-Photovoltaik mit Schottky-Dioden und 1950 entstand das erste p-n-Übergangsmodell von William Bradford Shockley. Damit waren die Vorraussetzungen für das Verständnis heutiger Solarzellen geschaffen.
Die ersten Solarzellen im Weltraum kamen am 17.03.1958 mit dem Start des zweiten US-Satelliten Vanguard I zum Einsatz. Der, mit einer chemischen Batterie, sowie diese auflandende Photovoltaikzellen, betriebene, Satellit sendete, entgegen allen Erwartungen der verantwortlichen Techniker, noch bis Mai 1964 und wird wahrscheinlich noch bis 2200 im Erdorbit kreisen. Anhand seiner Flugbahn konnte das Massenverteilungsmodell der Erde exakter bestimmt werden. Dabei wurde klar, dass die Erde nicht exakt rund ist. Daraufhin Satelliten bis 1990 mit CdS-Cu2S-Solarzellen ausgestattet. Diese haben dieselbe Leistung wie Vanguard I mit 40.000 Solarzellen erreicht hätte. Die meisten Sonden, die bis Marsentfernung zur Sonne unterwegs sind, werden heutzutage mit Solarzellen ausgestattet. 2011 soll mit dem Start von Juno auch die erste mit Solarzellen ausgestattete Sonde zum Jupiter fliegen.
Im Normalfall werden die einzelnen Solarzellen zu Solarmodulen weiterverarbeitet. Die Lebenserwartung solcher Solarmodule beträgt 20-40 Jahre. Trotzdem fallen jetzt schon jährlich mehrere hundert Tonnen Elektroschrott durch Solarmodule an. In Freiberg haben wir die Weltweit einzigste Recycleanlage für Solarzellen. Unter Hitzeeinwirkungen von um die 600° C werden die Solarmodule aufgeschmolzen und der enthaltene Kunststoff verbrannt. Die somit freigesetzte Solarzelle kann unter geringem Materialverlust wieder zu einer neuen Solarzelle werden.
