Photovoltaik Module

Welche PV-Technologien sind heute relevant?

Mono, poly, dünn
Photovoltaik ist nicht gleich Photovoltaik:
Es gibt eine Vielzahl von Technologien, die Sonnenlicht in Strom umwandeln. Seit Jahrzehnten dominiert die kristalline Technologie. Sie ist gewissermaßen das "Arbeitspferd" der Photovoltaik – technisch ausgereift und zuverlässig. Ausgangsprodukt bei der Produktion mono- und polykristalliner Solarzellen ist Silizium.

Die Dünnschichttechnologie setzt auf ein komplett anderes Herstellungsverfahren.

Der wichtigste Unterschied:
Die photoaktive Schicht beträgt lediglich wenige tausendstel Millimeter – "dick" genug für den photovoltaischen Effekt und etwa hundert Mal "dünner" als bei kristallinen Zellen. Die technische Aufgabe besteht in der Optimierung des Produktionsprozesses: Erzielung hoher Wirkungsgrade auf großen Substratformaten bei gleichbleibender Qualität.

Sharp hat sich für die Produktion von mikroamorphen Photovoltaikmodulen entschieden und damit für eine der ausgereiftesten Alternativen zur kristallinen Modultechnologie. Sie basiert auf hauchdünnen Schichten von amorphem und mikrokristallinem Silizium.

Warum ist die Dünnschichttechnologie interessant?

Die Frage könnte auch lauten: "Warum eine Alternative zur kristallinen Standardzelle, obwohl sie sich als zuverlässiges Produkt bewährt hat?" Der Hauptgrund für die verstärkte Entwicklung von Dünnschichtzellen ist der geringe Materialbedarf.

Die photoaktiven Schichten sind hauchdünn; dementsprechend gering ist der Bedarf an Halbleitermaterial. Als Basismaterial verwendet Sharp besonders reines Silizium. Der Herstellungsprozess ist zwar technisch komplex, die Rohstoffeinsparungen sind jedoch enorm. Außerdem sind die Prozesstemperaturen um mehrere hundert Grad niedriger.

Der kürzere Herstellungsprozess und die niedrigeren Prozesstemperaturen verkleinern den CO2-Fußabdruck. Geringerer Material- und Energieeinsatz bei schnellerer Prozessierung – das verspricht Kostenreduktionen. Bereits jetzt liegen die Kosten bei Dünnschichtmodulen pro Watt peak Leistung deutlich unter denen der kristallinen Module. Der Marktanteil der Dünnschichtmodule beträgt heute knapp 10% und wird in den nächsten vier Jahren auf 40 % steigen. Für viele Anwendungen gelten Dünnschichtmodule daher als die Solartechnik der Zukunft.

Was bedeutet mikroamorph?

Eine der wichtigsten Eigenschaften der mikroamorphen Solarzellen: Sie bestehen aus mindestens zwei photoaktiven Schichten, die zusammen nur 0,002 mm "dick" sind ein Haar ist ca. 40 mal dicker. Diese geringen Schichtdicken sind möglich, weil mikroamorphes Silizium besonders viele Photonen absorbieren kann.

Zum ersten Teil des Begriffs: Mikrokristallines Silizium hat eine sehr feinkörnige Struktur aus winzigen Kristallen, deren Größe weniger als 0,001 mm beträgt. Der Begriff "amorph" ist griechischen Ursprungs und bedeutet "ohne Gestalt" – die für kristallines Silizium typische Ordnung fehlt beim amorphen Material völlig. Es herrscht totale Unordnung, wenn man über den unmittelbaren molekularen Nahbereich hinausschaut. Beide zusammen – amorphe und mikrokristalline Schichten – ergeben eine mikroamorphe Dünnschichtsolarzelle, die leistungsfähiger als die bewährte amorphe Dünnschichtzelle ist.

Von der Zelle zum Modul:

Häufig werden kristalline Solarzellen und Solarmodule gleichgesetzt – sachlich ist das allerdings falsch. Module bestehen aus mehreren Solarzellen. Diese werden nach dem Prinzip der Reihenschaltung zu einem String (deutsch: Strang) verbunden. Für einen höheren Stromfluss werden mehrere Strings parallel geschaltet. Anschließend werden die Solarzellen mit einem Glas abgedeckt, laminiert und mit einem Rahmen versehen, um die empfindlichen Solarzellen gegen Stoß und Witterung zu schützen. Anschlusskabel auf der Modulrückseite komplettieren den Fertigungsprozess.

Erst jetzt spricht man von einem Solarmodul. Nicht ganz so eindeutig lassen sich die Begriffe in der Dünnschichttechnik fassen. Hier entstehen die Zellen erst durch die Strukturierung der dünnen Schichten auf dem Glassubstrat – ein Laser teilt die beschichtete Fläche in Zellabschnitte. Eine einzelne Solarzelle, die man in die Hand nehmen kann, gibt es im Gegensatz zur kristallinen Modultechnologie in der Dünnschichttechnik nicht. Die Verwandlung des beschichteten Substrats in ein Zellenpaket ist hier nur ein Arbeitsschritt - anschließend erfolgt, ähnlich wie in der kristallinen Technologie, die Laminierung und Rahmung inklusive Anbringung der Anschlusskabel bis zum fertigen Modul.

Alles Wissenswerte über unsere Photovoltaikmodule können sie in unserer Broschüre nachlesen. - PDF