Karte des Lernpfads

 
Allgemeines Thema des Lernpfads
 
Die Photovoltaik-Reise: Die Sonne einfangen
Spezifischer Name der Lerneinheit
 
Energieumwandlung in Solarzellen; von Photonen zu Elektronen; Physik von Photovoltaiksystemen
Alter der Zielgruppe

Zielgruppe 14-18 Jahre
Anforderungen an die Lernenden

Grundkenntnisse in Physik (elektromagnetische Wellen, Energie, elektrischer Strom und Spannung), Chemie (Atombau, Elektronen, chemische Bindungen) sowie grundlegende Konzepte zu Elektrizität und Energieumwandlung.
Beschreibung der Lerneinheit Die Einheit führt Schülerinnen und Schüler sowie Lehrkräfte durch einen interdisziplinären Lernpfad, der Physik, Chemie und Technologie integriert, um zu verstehen, wie Sonnenenergie durch Photovoltaikzellen eingefangen und in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Lernenden erforschen den Weg der Photonen vom Sonnenlicht bis zur Erzeugung von elektrischem Strom, analysieren den schichtweisen Aufbau von Solarzellen (P-N-Übergang, Halbleiter), den photovoltaischen Effekt und Mechanismen des Elektronenflusses. Der Einsatz digitaler und AR-Tools soll ansonsten unsichtbare Prozesse sichtbar machen (Photonenabsorption, Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren, elektrisches Feld im Übergang, Stromfluss) und physikalische Prinzipien klar und schrittweise mit technologischen Anwendungen für nachhaltige Energiegewinnung verknüpfen.
Fach: Beteiligte Disziplinen Physik (Optik, Elektromagnetismus), Chemie (Halbleitermaterialien), Technologie (Photovoltaiktechnik), Nachhaltigkeit (Erneuerbare Energien)
Schlüsselbegriffe Solarenergie; Photovoltaikzelle; Photonen; Elektronen; P-N-Übergang; Halbleiter; Energieumwandlung; Elektrischer Strom; Erneuerbare Energie; AR; Szenenbasiertes Lernen
Wichtige Qualifikationen, Fähigkeiten und Kenntnisse, die erworben werden können
  • Logisches Denken & Problemlösung zu Energieumwandlungsprozessen
  • Design Thinking angewendet auf die schrittweise Visualisierung physikalischer Phänomene
  • Praktisches Wissen: Photovoltaischer Effekt, Halbleiterphysik, Aufbau von Solarzellen, elektrische Schaltungen
  • Digitale/AR-Kompetenzen: 3D-Visualisierung atomarer Prozesse, interaktive Diagramme, Szenennavigation
Verwendete Ressourcen und didaktische Hilfsmittel AR-Plattformen (z. B. Delightex Studio – Spaces, Marker), verlässliche Webressourcen und Lehrvideos zu Solarenergie und Photovoltaik, wissenschaftliche Artikel und Datenbanken; Diagramme und 3D-Modelle (Solarzellenschichten, P-N-Übergang, Elektronenfluss, Photovoltaiksysteme) sowie Text-Overlays für wichtige Daten.
Bewertungskriterien und Evaluation Bewertung des Wissens (Sequenz von Photon zu Elektron zu Strom), der Fähigkeiten (Ursache-Wirkungs-Beziehungen zwischen Photonenabsorption und Stromerzeugung) und der Kompetenzen (bewusster Einsatz von AR-Tools, interdisziplinäre Verknüpfung zwischen Physik und nachhaltiger Energietechnologie).