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| müsste doch über den Innenwiderstand, egal was man anschliesst, immer ein extrem hohe Spannung abfallen |
Nein, denn man verwendet ja keine ohmschen Widerstände, sondern anderen Vorgänge, durch die der Strom nahezu unabhängig von der Spannung wird.
Das natürlich nur innerhalb des Arbeitsbereichs der Stromquelle, der oft nur wenige Volt umfasst.
Wenn der Spannungsabfall über dem Bauteil zu gering ist, ändert sich der Strom in Abhängigkeit von der Spannung sehr stark; bei zu hohem Spannungsabfall wird das Bauteil gewöhnlich beschädigt.
Die Abweichung von dem idealen Verhalten, also
die Steigung der U/I-Kennlinie, in dem zur Diskussion stehenden Abschnitts, repräsentiert den Innenwiderstand.
Ein gutes Beispiel für eine solche Stromquelle ist eine in Sperrrichtung betriebene Photodiode.
Die Zahl der dort pro Zeiteinheit erzeugten Ladungsträgerpaare (Elektronen und Löcher) ist allein von der Intensität der Beleuchtung abhängig.
Eine Sperrspannung von wenigen Volt genügt, damit praktisch alle erzeugten Ladungsträgerpaare aus der Sperrschicht abgesaugt werden.
Eine höhere Spannung ändert an dem daraus resultierenen Strom praktisch nichts mehr, und erst bei recht hohen Spannungen, z.B. 30V, werden die Ladungsträger im elektrischen Feld so stark beschleunigt, daß sie bei der Kollision mit den Atomen des Kristallgitters weitere Ladungsträger auslösen.
Dann tritt wegen der Lawinenartigen Vervielfältigung der Ladungsträger mit wachsender Spannung ein starker Stromanstieg (= niedriger Innenwiderstand) ein, und der Konstantstrombereich wird verlassen.
Am anderen Ende der Kennlinie, also bei sehr geringer Sperrspannung, nimmt der Strom ab, weil nicht mehr alle Ladungsträgerpaare schnell genug voneinander getrennt ("abgesaugt") werden.
Dann findet eine merkliche Rekombination von Elektronen und Löchern statt.
Diese wieder verschwundenen Ladungsträger können natürlich nichts mehr zum äußeren Stromfluß beitragen, und somit sinkt der Strom.
Interessanterweise passiert das in größerem Ausmaß aber nicht etwa bei der Klemmenspannung Null, sondern erst nach einer Polaritätsumkehr.
Es fliesst also bei U=0 bis etwa zu (materialabhängig) etwa 0,6V ein merklicher Photostrom im äußeren Stromkreis.
Das ist der Bereich in dem Solarelemente arbeiten.
Bei U=0 fliesst der Kurzschlußstrom des Solarelements, der bei einer guten Konstruktion i.A. nur wenig geringer als der Sperrstrom bei einer bestimmten Lichtintensität ist.
Demzufolge ist der Kurzschlußstrom eines Photoelements recht genau proportional der Lichtintensität.
Wenn man die Klemmenspannung von 0 an nun noch weiter erhöht (jetzt also in negativer Sperrichtung = Flußrichtung), sinkt der (äußere!) Photostrom immer weiter, weil er nun von dem hier einsetzenden exponentiellen Stromansanstieg der gewöhnlichen Diodenkennlinie überlagert wird.
Wenn der Strom im äußeren Stromkreis 0 ist, erreicht das Photoelement seine Leerlaufspannung.
Weil hier immer noch die Anzahl der (intern) erzeugten Ladungsträgerpaare proportional zur Lichtintensität ist, und der Durchlaßstrom der Diode exponentiell von der Flußspannung abhängt,
ist der Logarithmus der Leerlaufspannung proportional zur Lichtintensität.
Das führt dazu, daß auch bei hohen Lichtstärken eine Leerlaufspannung von etwa 0,7V kaum überschritten werden kann.
Dieser Wert 0,7V gilt aber nur für das üblicherweise für Solarelemente verwendete Silizium.
Es gibt Halbleitermaterialien mit größeren Bandabständen, wie sie etwa für LED verwendet werden, mit denen sich deutlich höhere Leerlaufspannungen erzielen lassen.
Schließ mal ein Voltmeter an eine gewöhnliche farbige LED an, und halte sie ins helle Sonnenlicht.
Dann wirst du Photospannungen von über 1V beobachten; mit Silizium geht das nicht!
