Die Sonne ist für uns Menschen eine direkte Energiequelle, die es zu nutzen gilt. Gerade mit dem Hintergrund der erschöpfenden fossilen Brennstoffe und dem Trend zu erneuerbaren Energien, die zudem sauber Energie erzeugen können. Dabei spielt die Photovoltaik eine große Rolle, denn unsere Sonne ist die Lebensquelle schlechthin und liefert uns seit Millionen von Jahren Sonnenenergie kostenlos frei Haus.

Mithilfe der Photovoltaik wird Sonnenlicht direkt in elektrischen Strom umgewandelt. Dazu kommen sogenannte Solarzellen zum Einsatz, welche den physikalischen Photoeffekt nutzen, um elektrischen Strom zu erzeugen. Was Pflanzen bereits seit je her tun, nämlich die Sonnenstrahlung direkt in Energie umzuwandeln, versucht der Mensch seit einiger Zeit mithilfe von Solaranlagen.

Dabei besteht eine einzelne Solarzelle jeweils aus vier unterschiedlichen Schichten, welche entweder einen positiven oder negativen Halbleiter darstellen. Am gebräuchlisten ist hier der Einsatz von Silizium als Halbleitermaterial, welches vor allem in der Elektronik- und Computertechnik zum Einsatz kommt. Die Schichten werden – je nach ihrer Ladung – als p-Schicht (positiv) oder n-Schicht (negativ) benannt. Die Ladung kann dabei durch andere chemische Stoffe aus den Hauptgruppen (auch Dotierstoffe genannt) positiv oder negativ leitend beeinflusst werden. Für die positive Leitfähigkeit kommt vor allem Bor, für die negative Leitfähigkeit vor allem Phosphor zum Einsatz.

Sonnenlicht besteht aus Photonen, welche Welleneigenschaften aufweisen. Mithilfe des physikalischen Photoeffekts wird in dem dotierten Halbleitermaterial eine elektrische Spannung aufgebaut, welche durch Absorption der Photonen (Sonnenlicht) entsteht. Dabei werden die Elektronen, welche negativ geladen sind, von den positiv geladenen Teilchen (Protonen) getrennt und zu den Polen hin abgeleitet, um elektrischen Strom zu gewinnen. Eine Solarzelle ist umso wirkungsvoller (siehe Wirkungsgrad von Solarzellen), je schneller sie die beiden Ladungen voneinander trennen und abführen kann. Diese Ladungstrennung leitet den gewonnenen Strom in Batterien oder direkt zum Verbraucher weiter.