VG-Wort Pixel

Dünnschicht-Solarzellen Sonnenschein zum Spartarif


Wie Sand am Meer war einmal. Silizium, das Standardmaterial für Solarzellen, ist zwar eines der häufigsten Elemente auf der Erde, doch in Reinform aufwändig und teuer. Jetzt gibt es dünnere und effizientere Solarzellen, die den Markt aufwirbeln könnten.
Von Constanze Löffler

Silizium ist eines der häufigsten Elemente auf der Erde, doch in reiner Form kommt es überwiegend nicht vor. Die Aufarbeitung von Reinsilizium, wie es für Solarzellen benötigt wird, ist aufwändig und daher kostspielig. Fieberhaft sinnen Wissenschaftler deshalb auf neue Wege, wie sie Solarzellen wirtschaftlicher machen können.

Dünnschicht-Module sind effizienter

Ein verheißungsvolles Produkt gibt es bereits: Sogenannte Dünnschichtzellen, die im Gegensatz zu ihren siliziumbasierten, 100 Mikrometer (1 Mikrometer ist ein Millionstel Meter) dicken Kollegen nur noch ein Zehntel der Schichtdicke benötigen, um genug Sonnenlicht zu absorbieren. Für die neuen Module verwenden die Hersteller Rohstoffe wie Kupfer, Indium und Gallium oder in geringeren Mengen das teure Silizium.

Weitere Vorteile der "dünnen Schichten": Für die Produktion reicht im Vergleich zu den Siliziumzellen ein Drittel der Energie. Und während Siliziummodule weniger leisten, wenn es sehr heiß ist, kennen Dünnschicht-Module diese Schwäche nicht.

Die Branche boomt

Das Prinzip, Strom zu erzeugen, ist bei herkömmlichen siliziumbasierten Modulen und den neuartigen Dünnschichtzellen gleich. Während die eine Seite der Halbleiter-Grenzschicht vermehrt positive Ladungen trägt, befinden sich auf der anderen Seite gehäuft negative Ladungen. Trifft Sonnenlicht darauf, entsteht zwischen den beiden unterschiedlich geladenen Schichten ein elektrisches Feld. Der Fluss der Ladungsträger ist elektrischer Strom, der über die Anschlüsse abgegriffen wird. Je länger und intensiver die Sonne scheint desto mehr Strom fließt.

Das Geschäft mit den hauchdünnen Modulen lohnt sich, die Branche boomt. Die Banken-Profis sagen für 2010 ein Marktvolumen von rund 8,9 Milliarden Euro voraus. Nach aktuellen Schätzungen der European Photovoltaic Industry Association (EPIA) wird der Marktanteil für Dünnschicht-Module dann bei 20 Prozent liegen.

16 Prozent Wirkungsgrad werden angestrebt

Erst am vergangenen Freitag startete mit dem ersten Spatenstich im märkischen Sand die Johanna Solar Technology GmbH (JST). Damit geht innerhalb kürzester Zeit das neunte, auf die Herstellung von Dünnschicht-Modulen spezialisierte Unternehmen an den Start; immer sind Unternehmen involviert, die bereits im Solar-Geschäft aktiv sind. Die mit 19 Prozent an "Johanna" beteiligte aleo solar GmbH beispielsweise ist der zweitgrößte Hersteller von Silizium-Modulen in Deutschland.

Die Produkte der verschiedenen Hersteller unterscheiden sich vor allem im Wirkungsgrad, der durch die Zusammensetzung der Beschichtung bestimmt wird. Reine CIS-Module (Kupfer- Indium-Sulfid) von Sulfurcell und Würth Solar oder Dünnschicht-Module auf Basis von Cadmium-Tellurid (First Solar, Antec Solar) setzen weit weniger als zehn Prozent der Sonnenergie in Strom um. Die Dünnschicht-Module mit der Spezial-Mischung aus Brandenburg sollen bald 16 Prozent der Sonnenenergie in Strom umwandeln. Und wären damit genauso wirksam wie kristalline Silizium-Module. Jeroen Haberland, Geschäftsführer der Johanna Solar Technology GmbH: "Das bedeutet einen Quantensprung in der Dünnschicht-Technologie und macht sie wettbewerbsfähig."

Solarzellen werden immer dünner und flexibler

Tatsächlich ist der Stromertrag den konventionellen, siliziumbasierten Solarzellen sogar noch überlegen. Denn im Vergleich zu ihnen sind die Dünnschichtmodule der Johanna Solar Technology empfindlicher für den blauen Lichtanteil und wandeln daher einen höheren Anteil des Lichtspektrums in Energie um.

Für die in Südafrika an der Universität Johannesburg entwickelte Dünnschicht-Technologie kommen Kupfer, Indium, Gallium sowie Sulfid und Selen (CIGSSe) zum Einsatz. Die Brandenburger Module verwenden ein Beschichtungsgemisch aus Kupfer, Indium und Gallium, worauf Sulfid und Selen gedampft wird.

Zukünftig werden Forscher an immer größeren, immer dünneren Solarzellen tüfteln. Und mittel- und langfristig mehr und mehr innovative Materialien und Zellkonzepte auf den Markt bringen, um die Kosten für Solarstrom senken. Mit so genannten Tandemzellen könnten zukünftig noch höhere Photoausbeuten möglich sein. Flexible Substrate, wie beispielsweise Folienmaterialien, würden die Hersteller von starren Modulen unabhängig machen. In absehbarer Zukunft sind auch organische Solarzellen oder Solarzellen aus Kunststoff denkbar.

Die Meinungen über den Nutzen von Solaranlagen fürs schattige Deutschland gehen auseinander. Der Energiewissenschaftler Wolfgang Pfaffenberger von der Internationalen Universität Bremen: "Als Herstellerland für Module ist Deutschland geeignet. Als Anwenderland für Solarstrom jedoch nicht." Gerade mal zehn Prozent der Zeit können Solaranlagen hierzulande Volllast fahren. Den Rest der Zeit laufen sie mangels Sonne auf Sparflamme.


Mehr zum Thema


Wissenscommunity


Newsticker