Wie der Strom aus der Sonne kam

Die Erkenntnis, dass das Sonnenlicht nicht nur wärmt, sondern auch Elektrizität erzeugen kann, ist 178 Jahre alt. 1839 bemerkte der französische Physiker Alexandre Edmond Becquerel bei Experimenten mit einer Platin-Anode und –Kathode, dass bei Tageslicht mehr Strom floss als bei Dunkelheit. Entscheidend für die wirtschaftliche Nutzung von Solarenergie erwies sich aber eine zufällige Entdeckung aus dem Jahr 1940. Der amerikanische Physiker Russell Ohl beobachtete bei seinen Forschungen mit Silizium einen ähnlichen Effekt, wie Becquerel ein Jahrhundert zuvor: Unter Lichteinfluss floss Strom. Dabei profitierte er davon, dass seine Probe einen Riss aufwies. Er führte offenbar dazu, dass sich anhand von Verunreinigungen mit anderen Atomen eine Seite positiv und die andere negativ geladen hatte. Der Strom konnte so fließen. Bis heute ist ein solcher positiv-negativ-Übergang die Basis jeder Silizium-Solarzelle.

Verunreinigen von Silizium als Erfolgsrezept

Ohl hatte seine Entdeckung in den Bell Telephone Laboratories gemacht und sie sollte für weitere Forscher dieser Einrichtung wertvoll werden. Ein Jahrzehnt nach Ohls Aha-Erlebnis suchten Gerald Pearson, Calvin Fuller und Daryl Chapin in den Bell Labs nach einer Möglichkeit, wie entlegene Telefonanlagen autark mit Strom versorgt werden könnten. Sie erfuhren, dass das in der damals neuen Transistortechnologie eingesetzte Silizium die von Ohl entdeckten Fähigkeiten aufwies. Inzwischen war klar geworden, dass mit anderen Elementen verunreinigtes Silizium lichtempfindlicher wurde und eine höhere Spannung erzeugte. Die Ergebnisse waren allerdings noch nicht befriedigend. Pearson, Fuller und Chapin experimentierten mit Bor und Arsen. Sie versetzten – oder dotierten, wie es in der Fachsprache heißt – das Silizium mit Spuren der beiden Elemente auf der Ober- beziehungsweise der Unterseite und erreichten einen Wirkungsgrad von bis zu sechs Prozent. Auf dieser Grundlage wurde 1954 der Weltöffentlichkeit die erste Silizium-Solarzelle vorgestellt.