Hinweis: Dieser Beitrag stammt aus dem Jahr 2012 und wurde im Oktober 2026 aktualisiert.

Die Sonne liefert uns seit Milliarden von Jahren kostenlos Energie. Mit der Photovoltaik lässt sich diese Energie direkt in elektrischen Strom umwandeln – sauber, leise und ohne bewegliche Teile. Seit wir diesen Artikel 2012 geschrieben haben, sind Solarmodule viel effizienter und deutlich günstiger geworden. Photovoltaik ist heute eine der günstigsten Arten, Strom zu erzeugen, und in Deutschland sind inzwischen Anlagen mit zusammen über 100 Gigawatt Leistung installiert. Doch wie funktioniert eine Solarzelle eigentlich?

Der Aufbau einer Solarzelle

Eine Solarzelle besteht im Kern aus zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterschichten, einer n-Schicht und einer p-Schicht, dazu kommen Metallkontakte und meist eine Antireflexschicht. Das gebräuchlichste Halbleitermaterial ist Silizium, das auch in der Elektronik- und Computertechnik verwendet wird.

Die Bezeichnungen p und n bedeuten nicht, dass die Schichten elektrisch geladen wären – beide sind für sich neutral. Sie beschreiben die Art der beweglichen Ladungsträger: In der n-Schicht gibt es überschüssige Elektronen, in der p-Schicht fehlende Elektronen, sogenannte Löcher. Erzeugt wird das durch gezielt eingebrachte Fremdatome (Dotierung): vor allem Phosphor für die n-Schicht und Bor (oder Gallium) für die p-Schicht. An der Grenze zwischen beiden Schichten, dem p-n-Übergang, entsteht ein inneres elektrisches Feld.

Vom Sonnenlicht zum Strom: der photovoltaische Effekt

1. Absorption: Sonnenlicht besteht aus Lichtteilchen, den Photonen. Trifft ein Photon mit genügend Energie auf die Solarzelle, gibt es seine Energie an ein Elektron im Silizium ab.
2. Ladungsträger entstehen: Das Elektron löst sich aus seiner Bindung – es entsteht ein Elektron-Loch-Paar.
3. Trennung: Das elektrische Feld am p-n-Übergang trennt die negativ geladenen Elektronen von den positiv geladenen Löchern und treibt sie in entgegengesetzte Richtungen.
4. Stromfluss: Über die Metallkontakte fließen die Elektronen durch einen angeschlossenen Verbraucher und zurück zur Zelle – es fließt Gleichstrom.

Eine Solarzelle ist umso wirkungsvoller, je mehr Licht sie einfängt und je schneller sie die Ladungen trennt und abführt, bevor sie sich wieder vereinen. Eine einzelne Siliziumzelle liefert nur eine Spannung von etwa 0,5 bis 0,7 Volt. Deshalb werden viele Zellen zu einem Solarmodul verschaltet.

Von der Solarzelle zur Solaranlage

• Solarmodule fassen Dutzende Zellen hinter Glas zusammen und erzeugen Gleichstrom.
• Der Wechselrichter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um, wie er im Hausnetz und im öffentlichen Stromnetz verwendet wird.
• Ein Batteriespeicher kann überschüssigen Solarstrom vom Tag für den Abend speichern und so den Eigenverbrauch deutlich erhöhen.
• Der Zähler erfasst, wie viel Strom ins Netz eingespeist und wie viel bezogen wird.

Arten von Solarzellen und Wirkungsgrad

• Monokristalline Siliziumzellen dominieren heute den Markt. Gängige Module erreichen Wirkungsgrade von etwa 20 bis 24 Prozent.
• Polykristalline Zellen waren 2012 noch weit verbreitet, sind aber inzwischen weitgehend vom Markt verschwunden.
• Dünnschichtzellen (z. B. aus Cadmiumtellurid oder CIGS) sind leicht und flexibel, aber meist weniger effizient.
• Tandemzellen aus Perowskit und Silizium kombinieren zwei Materialien, die unterschiedliche Teile des Lichtspektrums nutzen. Im Labor haben sie bereits Wirkungsgrade von über 30 Prozent erreicht und gelten als nächster großer Entwicklungsschritt.

Photovoltaik zu Hause

Für Hausbesitzer lohnt sich eine Solaranlage heute vor allem durch den Eigenverbrauch: Jede selbst genutzte Kilowattstunde ersetzt teuren Netzstrom, während die Einspeisevergütung für Neuanlagen deutlich niedriger ist als früher. Auch Mieter können mitmachen: Sogenannte Balkonkraftwerke (Steckersolargeräte) dürfen in Deutschland seit 2024 mit bis zu 800 Watt Wechselrichterleistung vereinfacht betrieben werden und müssen nur im Marktstammdatenregister angemeldet werden.

Häufige Fragen zur Photovoltaik

Funktioniert Photovoltaik auch bei bewölktem Himmel?
Ja, aber mit deutlich geringerer Leistung. Solarzellen nutzen auch diffuses Licht. Am meisten Strom liefern sie bei direkter Sonne und kühlen Temperaturen – große Hitze senkt den Wirkungsgrad leicht.

Was ist der Unterschied zwischen Photovoltaik und Solarthermie?
Photovoltaik erzeugt aus Sonnenlicht Strom. Solarthermie nutzt die Sonnenwärme, um Wasser für Dusche oder Heizung zu erwärmen.

Wie lange halten Solarmodule?
Hersteller geben auf die Leistung oft Garantien von 25 Jahren oder mehr. Die Module verlieren pro Jahr nur einen kleinen Teil ihrer Leistung und arbeiten häufig deutlich länger.

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