- pn-Übergang: Im Grenzbereich der beiden Schichten treten die überzähligen Elektronen aus dem n-Bereich in den p-Bereich über und füllen dort die Löcher auf → keine freien Ladungsträger mehr in der Grenzschicht → „Sperrschicht“

(Stromfluss ist nicht mehr möglich)

- bei der Elektronenwanderung aus dem n-Bereich in den p-Bereich lassen die Elektronen positive Atomrümpfe zurück → positive Raumladung entsteht

- durch die Neutralisation der Löcher mit Elektronen aus dem n-Bereich entstehen im p-Bereich negativ geladen Atomrümpfe → negative Raumladung entsteht

- entgegengesetzte Raumladungen erzeugen elektrisches Feld in der Sperrschicht

Schematischer Schnitt durch

eine Solarzelle mit Lichteinwirkung

- durch Antireflexionsschicht wird weniger Licht reflektiert, so dass mehr Licht auf den pn-Übergang einwirken kann (ohne Antireflexionsschicht: 30% weniger Licht) → blaue Farbe der Solarzellen 10 ⋅ cm cm 10 - meist große, ca. 0,2mm bis 0,3mm dicke Scheiben

2. Elektrolyseur/Elektrolysezelle

- Energieträger Wasserstoff wird durch Elektrolyse von Wasser hergestellt

- Solarstrom spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff → Umwandelung

elektrischer Energie aus der Solarzelle in chemische Energie

- Elektrolytisch hergestellter Wasserstoff ist vollständig frei von Kohlenstoffen → hoher Reinheitsgrad → wird für Brennstoffzellen benötigt

- Elektrolyseur: Bestehend aus 2 Halbzellen, durch ein Diaphragma getrennt damit kein Knallgas entstehen kann

- Beispiel: Alkalischer Elektrolyseur:

- ^-

3.Wasserstoffspeicher - Wasserstoff = Energiespeicher

- Wasserstoff kann wie fossile Brennstoffe transportiert und gespeichert werden

- Speicherung in Druckgasspeichern (um 200 bar) nach Verdichtung des Gases → 10 m ³ bis 100.000 m ³ Behälter, für große H 2 -Mengen bieten sich

Untertagespeicher (Kavernen) an

- In Druckbehältern lässt sich H 2 bei tieferen Temperaturen (-253 °C) in flüssiger Form speichern

- Speicherung in chemischen Verbindungen (z.B. Metallhydride) auch möglich

- Hydridspeicherung: bestimmte Metalle bilden mit Wasserstoff Metallhydride, werden diese erwärmt, entweicht der Wasserstoff wieder

- Allgemeines Funktionsprinzip: Direkte Umwandlung des Energieträgers Wasserstoff in elektrische Energie → Erzeugt aus Wasserstoff wieder Strom → Umkehrung der Elektrolyse von Wasser → Als Reaktionsprodukt entsteht

ausschließlich Wasser!

- Besteht aus 2 Elektroden und dem Elektrolyten

- Anode (-Pol) : Brennstoff (H 2 ) wird oxidiert; Elektronen fließen über äußeren Stromkreis zur Kathode

- Kathode (+Pol): Oxidant (O 2 aus der Luft) wird reduziert

- Durch Elektronenfluss → Strom

- Wesentlicher Unterschied zur Batterie: Elektroden werden nicht umgewandelt/nimmt nicht an der Reaktion teil → Brennstoffzelle kann nicht

entladen werden, lediglich die Ausgangsstoffe H 2 und O 2 müssen zugeführt werden

- Es gibt verschiedene Brennstoffzellentypen, die sich in der Art der Elektrolyten und der Elektroden unterscheiden

- Funktionsprinzip einer PEM-Brennstoffzelle:

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-

^-- 5.Vor- und Nachteile

+ Silizium ist in großen Mengen vorhanden und umweltfreundlich zu verarbeiten + Solarzellen: Lebensdauer von 20 Jahren − Saisonale Abhängigkeit (Sonne) − Hohe Kosten für Solarmodule − Strom muss gespeichert werden

+ Bestehende Infrastruktur kann modifiziert genutzt werden für Wasserstoff + Ersetzt fossile Brennstoffe + Regenerative Energiequelle + Geringe Masse des Brennstoffes

+ Im Gegensatz zu Batterien können Brennstoffzellen kontinuierlich chemische Energie in elektrischen Strom umwandeln + Elektrochemischer Prozess ist geräuschlos + Umweltneutral / geringste Schadstoffemission

6. Anwendung

- Netzunabhängige Stromversorgung

- Telekommunikationsanlagen, Wetterstationen, Leuchtbojen, Parkuhren, Verkehrsleitsysteme, Wohnwagen, Wochenendhäuser, Boote und abgelegene Alpenhütten werden mit Solarstrom gespeist

- Kleinanwendung in Taschenrechnern und Uhren

- Einspeisung in das öffentl. Stromnetz

- Treibstoff im Verkehr

- Raumfahrt