Solarzellen – kleine Kraftpakete mit großer Wirkung

Eine Solaranlage besteht aus mehreren miteinander verschalteten Solarmodulen, ein Modul wiederum aus vielen Solarzellen. Die Zelle ist also das Kernstück einer Photovoltaikanlage. In ihr findet der Prozess statt, bei dem die Strahlungsenergie des Sonnenlichtes in elektrische Energie umgewandelt wird. Solarzellen bestehen meistens aus einem anorganischen Halbleitermaterial, in der Regel Silicium. Es gibt auch Zellen aus anderen Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid, Cadmiumtellurid, Kupfer-Indium-Diselenid und sogar Zellen aus organischen Kohlenwasserstoff-Verbindungen. Am gängigsten sind aber Silicium-Solarzellen.

Monokristallin versus polykristallin

Ein Unterscheidungsmerkmal bei Silicium-Solarzellen ist die Kristallstruktur. Bei so genannten monokristallinen Solarzellen besteht das Silicium aus einem einzigen Kristall mit homogenem Kristallgitter. Durch die einheitliche Form des Kristalls lässt sich aus dem Sonnenlicht mehr Energie gewinnen als bei Zellen mit uneinheitlicher Kristallstruktur. Allerdings ist das eingesetzte monokristalline Silicium in der Herstellung relativ teuer. Außerdem muss bei der Herstellung von monokristallinen Solarzellen mehr Energie eingesetzt werden, was sich auf die Energierücklaufzeit auswirkt.

Bei der polykristallinen Variante ist dies anders. Hier besteht das Silicium aus vielen kleinen Einzelkristallen. Polykristalline Solarzellen sind günstiger in der Herstellung, und die Energierücklaufzeit ist wesentlich kürzer. Daher gelten sie als Solarzellen mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis, auch wenn der Wirkungsgrad etwas schwächer ist als bei der monokristallinen Variante.

 Kristallin versus Dünnschicht

Das verwendete Halbleitermaterial ist ebenfalls ein Unterscheidungskriterium von Solarzellen. Sowohl mono- als auch polykristalline Solarzellen gehören in die Kategorie der siliciumbasierten Solarzellen. Eine Alternative sind so genannte Dünnschichtverfahren. Bei der amorphen Silicium-Technologie (a-Si) wird amorphes Silicium aus einem Plasma hauchdünn auf einer Glasplatte abgeschieden. Das spart sowohl Material als auch Energie. Weitere Vorteile der Dünnschicht-Module: Selbst schwaches und diffuses Licht wandeln sie in der Regel besser in Strom um als ihr kristallines Pendant. Darüber hinaus bleibt die Stromausbeute an heißen Tagen im Sommer konstant, während sie bei kristallinen Modulen mit zunehmender Temperatur abnimmt. Außerdem lassen sich Dünnschicht-Module in Größe, Design und Leistung auf individuelle Erfordernisse zuschneiden. Daher kommen sie besonders oft bei größeren Architekturprojekten zum Einsatz, bei denen Solarmodule beispielsweise direkt in die Gebäudehülle integriert werden.

Weil sie im Vergleich zu kristallinen Modulen nach dem derzeitigen Stand der Technik einen geringeren Wirkungsgrad haben, benötigen Dünnschichtmodule mehr Fläche für den gleichen Energie-Ertrag. Das bringt teilweise auch höhere Systemkosten mit sich, etwa für die Befestigung der Module. Aus diesem Grund wird bereits jetzt ein Nachfolgeverfahren auf Basis mikromorpher Technologie entwickelt, mit dem der Energieertrag pro Flächeneinheit voraussichtlich nochmals zunehmen wird.

Der Markt für Dünnschichtmodule wird nach Einschätzung der Landesbank Baden-Württemberg und anderen Marktbeobachtern in den nächsten Jahren weiter wachsen, die kristalline Technologie auf Dauer jedoch nicht ablösen. Vielmehr werden beide Produktionsverfahren voraussichtlich nebeneinander existieren, sich in den jeweiligen Anwendungsgebieten ergänzen und so den jeweiligen Wünschen und Anforderungen der Verbraucher Rechnung tragen¹⁾.

Quelle: 1) LBBW Sector Report, 8/2007.