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PHOTOVOLTAIK

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Aktuell werden Photovoltaikmodule auf Basis mono- und poly-(multi-) kristallines Silizium hergestellt. Zur Zeit etablieren sich zunehmend auch Dünnschichtsolarzellen. Diese Technologie wird zunehmend bei grossflächigen Anlagen eingesetzt. Die jeweiligen Eckdaten, die Vor- und Nachteile der verschiedenen Technologien können Sie der nachfolgenden Tabelle entnehmen.

Unterschiedliche Technologien

Monokristalline Siliziummodule

Wirkungs-grade
Energie-rücklauf-zeit *
Recy-cling
Verschattung
Markt-anteil
Langzeit-erfahrung
Investkosten
Monokristalline
18 %
5 - 7 Jahre
+
-
30 %
positiv
hoch
Polykristalline
16 %
5 - 7 Jahre
+
-
60 %
positiv
mittel
Dünnschicht
10 %
1 - 3 Jahre
-(**)
+
5 %
noch keine
mittel
* die Zeit, bis die Zelle die gleich Energiemenge  erzeugt
   hat, die für Ihre Herstellung aufgewendet wurde. ** giftige Fremdstoffe, z. B. Cadmium Tabelle: Unterschiede etablierter Technologien

Das Material (Silizium) bildet bei der Herstellung viele einzelne Kristalle, erkennbar an der eisblumenartigen Struktur an der Oberfläche. Die Herstellkosten sind geringer als bei der Herstellung von monokristallinen Silizium.

Bei monokristallinen Solarzellen ist das Material (Silizium) auf atomarer Ebene in einem absolut regelmässigen Kristall angeordnet. (Diamantenstruktur).

Dünnschichtsolarmodule

Dünnschichtmodule bestehen aus einer wenigen Mikrometern dünnen Absorberschicht. Diese Schicht wird gasförmig auf eine Trägerschicht (Folie, Glas) aufgedampft. Dabei bildet sich kein Kristall, sondern eine Schicht ungeordneten (amorphen) Silizium. Diese Schicht erzeugt sogar bei diffusem Tageslicht noch Strom.

Aufbau einer  "Dünnschicht - Solarzelle"

Bild: SMA Solar Technology AG

CIS - Technologie

Schon 1975 wurden mit Dünnschichtsolarzellen auf der Basis von Kupfer-Indium-Diselenid (CuInSe2, kurz: CIS) Wirkungsgrade von über 12% erzielt. Inzwischen erreicht man im Labor gut 19%, in der Pilotproduktion liegt man bei 11 – 13%. Und CIS-Solarzellen haben noch Potenzial: Geringe Herstellungskosten bei Großserienproduktion und hohe Wirkungsgrade mit (Multi-)Tandemzellen.  


 

CIS zeichnet sich durch eine hohe Lichtabsorption aus. Diese Halbleiter sind durch Eigendotierung p-leitend und werden mit einem n-leitenden Fenstermaterial aus Cadmiumsulfid (CdS) und Zinkoxid (ZnO) zu einer großflächigen Solarzelle verarbeitet. Als Rückkontakt dient eine dünne Schicht aus Molybdän, die auf Fensterglas oder Folie aufgebracht ist. Die ca. 5-10 mm breiten Zellen werden schon während der Herstellung zu Modulen verschaltet und zum Schutz gegen Umwelteinflüsse mit einem Polymer und einem Deckglas verkapselt.  


Schichtenaufbau einer CIS-Dünnschichtsolarzelle.


Polykristalline Siliziummodule

Dünnschichtmodule aus ....

... amorphem Silizium
Solarmodule aus amorphem Silizium werden häufig in Uhren oder Solarlampen eingebaut. Sie bieten spezifische Vorteile für die Gebäudeintegration und werden mittlerweile auch in größeren Anlagen eingesetzt. Die niedrigen Kosten können die vergleichsweise geringen Wirkungsgrade von 6-7% oft ausgleichen. Bei amorphem Silizium (a-Si:H) sind die Siliziumatome nicht regelmäßig sondern in einem ungeordneten Netzwerk angeordnet, welches rund 10% Wasserstoffatome enthält. Die so genannte Bandlücke des Materials, die das Absorptionsverhalten eines Halbleiters bestimmt, ist größer als die von kristallinem Silizium. Daher liefern die amorphen Solarzellen hohe Zellspannungen. Unter Beleuchtung nimmt der Wirkungsgrad der Solarzellen zunächst ab, bleibt aber dann stabil. In der Anwendung werden für a-Si Solarmodule stets die stabilisierten Wirkungsgrade nach vollständiger Alterung angegeben.

... mikrokstristallinem Silizium
Mikrokristallines Silizium (µc-Si:H) ist eine Mischung aus sehr kleinen Siliziumkristallen und amorphem Silizium. Es zeigt aber keine oder nur eine sehr geringe Lichtalterung und absorbiert im Gegensatz zum amorphen Silizium auch Sonnenlicht aus dem nahen Infrarotspektrum.

Schichtenaufbau einer CIS-Dünnschichtsolarzelle. . Grafik und Foto: ZSW

Cadmiumtellurid-Solarzellen

Cadmium ist zwar ein giftiges Element, das nicht in die Natur oder in Lebensmittel gelangen darf, in Solarzellen eingesetzt ist das Schwermetall jedoch weitgehend unproblematisch, weil die Cadmiumtellurid-Verbindung chemisch sehr stabil ist. Auch sind die Solarzellen hermetisch zwischen zwei Glasscheiben eingebettet. Doch ein konsequentes Recycling mit geschlossenen Stoffkreisläufen ist unabdingbar. Cadmiumtellurid (CdTe) ist ein natürlich p-leitender Halbleiter und wegen seiner physikalisch-chemischen Eigenschaften für Dünnschichtsolarzellen gut geeignet. Aufgrund des sehr hohen Absorptionsvermögens genügen wenige Mikrometer dicke Schichten. Zudem können Solarzellen aus CdTe in kostengünstigen Prozess-Schritten gefertigt werden.


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