Die Hersteller arbeiten mit neuen Rohstoffen, an dünneren Solarzellen und höheren Wirkungsgraden.
Die zwei wichtigsten Ziele der Solarindustrie sind: Die Produktionskosten senken und den Wirkungsgrad erhöhen.
Ein Weg zu geringeren Produktionskosten sind neue Rohstoffquellen für die Solarzellen. Heute beherrschen Zellen aus kristallinem Silizium den Markt. „Das wird auch in den nächsten zehn Jahren der Fall sein“, erwartet Prof. Dr. Jörg Bagdahn, Leiter des Fraunhofer Centers für Silizium-Photovoltaik in Halle.
Im Jahr 2008 litt die gesamte Solarbranche unter einem massiven Mangel an Solarsilizium. Der Preis für Rohsilizium war zwischenzeitlich auf 500 Euro je kg angestiegen. Inzwischen wurden neue Produktionskapazitäten geschaffen, so dass der Engpass beseitigt und der Preis auf rund 60 Euro je kg gesunken ist. Trotzdem erforschen einige Hersteller neue Siliziumquellen. Eine davon ist metallurgisches Silizium (upgraded metallurgical grade silicon, umg-Si). „Die Kosten dafür liegen bei etwa 20 Euro je kg. Aber wir prüfen derzeit, ob sich daraus genau so gute Zellen wie aus hochreinem Silizium fertigen lassen“, berichtet Dr. Tim Meyer, Technologiechef bei Conergy aus Hamburg. Auch Solon aus Berlin wird im nächsten Jahr ein Modul mit Zellen aus metallurgischem Silizium anbieten.
Wafer werden dünner
Produktionskosten lassen sich auch mit der Einsparung von Material senken, z. B. bei den Wafern. Darunter versteht man dünne Scheiben aus Silizium, die aus Siliziumblöcken gesägt werden und sich als „Chip“ in der Computerbranche oder als Solarzellen weiterverarbeiten lassen. „Heutige Wafer sind zwischen 180 bis 200 Mikrometer dick. Das Ziel sind 80 Mikrometer“, erklärt Dr. Hubert Aulich, Vorstandsmitglied von PV Crystalox, einem Hersteller von Siliziumwafern aus Erfurt. Optimierungspotenzial gibt es u.a. beim Sägen, was mit Einführung der Lasertechnologie verbessert werden soll.
Zellen mit mehr Leistung
Neben sinkenden Produktionskosten geht es der Industrie um steigende Effizienz. Der Wirkungsgrad heutiger Solarzellen aus multikristallinem Silizium liegt bei 15 bis 17 % und erreicht bei monokristallinem Silizium 16 bis 18 %. Das bedeutet: Bis zu 18 % des einfallenden Lichts können heutige Zellen in Strom unwandeln.
Das Potenzial liegt jedoch höher. Im Labormaßstab hat das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) bereits 2009 einen Wirkungsgrad von 23,4 % erreicht.
Die Hersteller Q-Cells, Deutsche Cell, Bosch Solar Energy, Schott Solar, Sovello, Sunways, SolarWatt/Systaic Cells und Solland wollen dafür firmenübergreifend bis 2020 die Material- und Produktentwicklung sowie effiziente Herstellungsverfahren vorantreiben.
Der japanische Hersteller Sanyo peilt in den nächsten fünf Jahren die 23 %-Marke an. Nach eigenen Angaben erreicht Sanyo mit „HIT-Zellen“ heute schon 20 %. HIT steht für „Heterojunction with intrinsic thin layer“. Bei diesen liegt auf dem kristallinen Substrat eine dünne Schicht mit amorphem Silizium. Durch die Kombination soll sich mehr Licht in Strom umwandeln lassen.
Ein anderer Weg sind so genannte Rückkontaktzellen. Hierbei werden die stromleitenden Elektroden von der Vorder- auf die Rückseite des Moduls verlegt, so dass die Zelle mehr Fläche zum Einfangen des Lichts hat. Kyocera (Japan) hat kürzlich mit dieser Technik ein multikristallines Solarmodul mit 16,9 % Wirkungsgrad auf den Markt gebracht.
Mehr Fläche für das einfallende Licht wollen Hersteller auch mit der Entwicklung „selektiver Emitter“ schaffen. Die Emitterschicht ist die oberste Schicht einer Solarzelle. Bei selektiven Emittern geht weniger Licht in Form von Wärme verloren, die Stromausbeute ist höher. Der Hersteller Centrotherm aus Blaubeuren hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich der Wirkungsgrad von multikristallinen Solarzellen mit selektiven Emittern von 15,7 auf 17,1 % erhöhen lässt.
Effizientere Dünnschicht
Auch Hersteller von Dünnschichtmodulen arbeiten an höheren Erträgen. Denn heutige Dünnschichtmodule sind zwar mit 1 100 €/kW rund 500 Euro pro Kilowatt günstiger sind als kristalline Module (1 600 €/kW). Dafür ist ihr Wirkungsgrad mit 8 bis 12 % deutlich niedriger. „Künftig werden sich Systeme mit 15 % Wirkungsgrad durchsetzen“, erwartet Bagdahn.
Mit einer Kombination von amorphen und mikrokristallinen Zellen (kurz: „mikromorph“) arbeitet Inventux aus Berlin. „Während amorphe Zellen das kurzwellige Licht absorbieren, nehmen mikrokristalline Zellen die längeren Wellen auf. Mit einer mikromorphen Tandemzelle können wir also mehr Licht ausnutzen und in Energie umwandeln“, nennt Marketingleiter Thorsten Ronge die Vorteile der Technik. Demnächst will Inventux ein Modul mit 10 % Wirkungsgrad auf den Markt bringen. -neu-
