Defintion: Valenzband

Das Valenzband ist ein Begriff aus der Festkörperphysik und bezeichnet die höchste kontinuierliche Energieniveaureihe, die von Elektronen in einem Festkörper ohne Energiezufuhr besetzt werden kann. Es handelt sich dabei um die Energiebandstruktur des Festkörpers auf atomarer Ebene, in der Elektronen in der Lage sind, Materialeigenschaften wie Wärme- und Stromleitung zu bestimmen.

Im Zusammenhang mit Solarenergie und Photovoltaik spielt das Valenzband eine entscheidende Rolle, da hier die Energie aus der Sonne genutzt wird, um Elektronen vom Valenzband in das höhere Leitungsband zu heben. Ist genügend Energie vorhanden, wie zum Beispiel durch Sonnenlicht, können Elektronen diese Lücke überwinden und Strom generieren.

Funktionsweise im Photovoltaik-Prozess

In einer Photovoltaik-Zelle gibt es eine pn-Übergang, eine Grenzschicht zwischen einem Bereich mit positiver (p-Bereich) und einer mit negativer Ladung (n-Bereich). Im n-Bereich, der häufig aus Silizium besteht, können Elektronen dank Sonnenenergie das Valenzband verlassen und sich hin zum Leitungsband bewegen.

Wenn Sonnenstrahlung auf das Material einwirkt, erhalten die Elektronen zusätzliche Energie, die ausreicht, um das Leitungsband zu erreichen und somit einen Stromfluss zu ermöglichen. Dieses Prinzip wird als photovoltaischer Effekt bezeichnet.

Bedeutung im Kontext von Solarenergie

Die Kenntnis über Valenzbänder ist für das Verständnis von Solarzellen und anderen photovoltaischen Einrichtungen von höchster Bedeutung. Bei der Suche nach Materialien für diese Geräte spielen insbesondere zwei Aspekte eine Rolle:

• Die Energielücke zwischen Valenzband und Leitungsband: Diese muss genau richtig sein, um das volle Potenzial des Sonnenlichts zu nutzen und effizient Strom zu produzieren.
• Die Position des Valenzbands im Verhältnis zum Fermi-Niveau, das das wahrscheinlichste Energieniveau eines Elektrons in einem Festkörper bei absolutem Nullpunkt darstellt: Große Abweichungen können dazu führen, dass mehr Energie benötigt wird, um Elektronen ins Leitungsband zu befördern und somit die Effizienz der Solarzelle sinkt.

Die Fähigkeit des Materials, Elektronen vom Valenzband ins Leitungsband zu befördern und dabei Licht zu absorbieren, ist entscheidend für das Funktionieren einer Solarzelle. Um den Wirkungsgrad der Solarzelle zu maximieren, wird daher ständig nach Materialien mit optimalen Eigenschaften in Bezug auf Valenzband und Leitungsband gesucht.