Photozellen

Photozellen wurden im Jahr 1893 von den deutschen Physikern Julius Elster (24.12.1854–06.04.1920) und Hans Geitel (16.07.1855–15.08.1923) erfunden. Diese dienten in erster Linie als Mess- und Nachweisgeräte für Licht.

Mit Hilfe von Photozellen wird die Energie des Lichts in elektrischen Strom umgewandelt. Photozellen bestehen generell aus zwei Elektroden, einer Kathode (Fotokathode) und einer Anode in einem evakuierten (luftleeren) Glasgefäß (Glaskolben). Die Kathode ist der Minuspol der Stromquelle und die Anode der auf der anderen Seite dann der Pluspol. Die Anode besteht, je nach Verwendung zum Beispiel aus einem Drahtbügel oder auch einem Gitter. Die Kathode besteht sehr häufig aus einer alkalischen Schicht Cäsium. Zwischen den beiden Elektroden besteht ein Gleichstrom. Die Photozellen werden auch als lichtelektrische Zellen bezeichnet und sind zudem ein Halbleiterbauteil, welcher bei Belichtung den elektrischen Widerstand verändert, sodass das Licht in elektrische Impulse umgewandelt wird und elektrische Spannung abgibt. Dieser Effekt wird auch als Photoeffekt bezeichnet. Im Einzelnen bedeutet dieses, dass das Licht in den Glaskolben fällt, anschließend auf die Fotokathode trifft und die positive Spannung an die Anode weiterleitet. Die dabei erreichbare Spannung ist sehr gering und beträgt in etwa 0,5 Volt. Dabei ist nicht die Intensität des Lichtes ausschlaggebend, sondern die erreichte Frequenz des Lichtes. Dieser Effekt kann durch ein geeignetes Füllgas wie zum Beispiel Argon verstärkt werden.

Diese lichtempfindlichen Zellen werden beispielsweise bei Blitz- und Belichtungsgeräten, bei Restlichtverstärkern, in den Sensoren von Alarmanlagen, in Belichtungsmessern von Fotoapparaten, bei der Steuerung von Verkehrsampeln, als Fotodetektoren oder auch bei Kameras eingesetzt. Gerade im Bereich der selbsttätigen Steuerung von Maschinen wie etwa von Lichtschranken oder automatisch öffnenden / schließenden Türen finden Photozellen ihre Verwendung. Durch die Widerstandsabhängigkeit kann das System mit Hilfe dieser Zellen registrieren, wenn eine Lichtschranke durchbrochen wurde und so kann das System automatisch reagieren. Durch diesen Prozess sind nicht nur alleine im genannten Bereich viele manuelle Vorgänge durch automatische Verfahren ersetzt worden.

Im Bereich der Solarzellentechnik wird der Fotoeffekt dieser lichtempfindlichen Zellen genutzt, um Strom aus Licht zu erzeugen. Für die Verwendung von Kinofilmen, für die Abtastung des Lichttons und der Lichtsensoren werden diese Zellen heute weitestgehend von Fototransistoren und Fotodioden abgelöst. Auch in den Fernsehkameras finden die Photozellen heute meist keine Verwendung mehr. In diesem Bereich werden diese Zellen durch CCD- und CMOS Bildsensoren abgelöst.

Die Vorteile von Photozellen sind z.B. bei dem genannten Einsatz in Solarzellen zu erkennen, da diese auch bei geringer Beleuchtung, wie etwa bei bewölktem Himmel oder beim Einsatz unter Dächern oder in Räumen funktionieren. Zudem sind diese Zellen sehr langlebig, können Hitzebelastungen besser standhalten als z.B. poly- oder monokristalline Zellen. Auch die Kostenersparnis ist bei der Herstellung von Solarzellen mit Photozellen sehr hoch, im Gegensatz zu den teuren poly- oder monokristalline Zellen.

Die Nachteile von Photozellen zeigen sich auch in dem Bereich der Solartechnik, da diese bei sehr starker Sonnenstrahlung nicht mehr Energie liefern können. Diese Zellen können nicht mehr als 60 Watt pro Quadratmeter liefern und die Leistung nimmt zudem bei starker Sonneneinstrahlung mit der Zeit ab, sodass hier also eine Auslastungs- und effektivitätsgrenze relativ schnell erreicht werden kann.