Dünnschicht Solarzellen

Dünnschicht Solarzelle, Quelle: Fraunhofer ISE, Freiburg

Silizium findet noch eine weitere Anwendung, nämlich in amorpher Form bei Dünnschicht-Solarzellen. Eine Siliziumverbindung wird aus der Gasphase direkt auf einen Träger aus Glas oder Folie aufgedampft. Die Halbleiterbasis ist eine wesentlich andere als beim kristallinen Material. Obwohl der Wirkungsgrad kleiner ist, sind es vor allem die geringeren Kosten, die Entwickler und Hersteller reizen.

Neben Silizium gibt es noch etliche weitere Materialien, die sich für solare Dünnschichttechnologien eignen. Industriell gefertigt werden Solarzellen, die mit Kadmium – Tellurid (CdTe) oder mit Kupfer – Indium – Diselenid (CIS) beschichtet sind. Die Modulwirkungsgrade liegen unter oder bis max. 10 Prozent. Die Materialdicken der halbleitenden Schichten liegen zwei Größenordnungen unter  denen der Siliziumzellen, womit die Materialkosten deutlich geringer sind.  Wegen der bis heute höheren Prozesskosten sind Dünnschicht-Solarmodule auf dem Markt jedoch noch nicht einschneidend günstiger als kristalline Module.

Besonders teuer und leistungsfähig sind Solarzellen, die mit Galliumarsenid (GaAs) beschichtet sind und vor allem in der Raumfahrt Verwendung finden.

Organische Solarzellen stehen im Fokus von Forschung und Entwicklung. Hier besteht der Lichtabsorber nicht aus anorganischen Halbleitern, sondern aus Farbstoffen oder organischen Polymeren. Die Energiewandler können auf Stoffe oder Folien aufgebracht werden. Es werden bisher einige Prozent Wirkungsgrad erreicht.

Eine entscheidende Senkung  von Material- und Herstellungskosten verspricht eine Kombination aus Dünnschicht und Druckprozessen. Anstatt auf Silizium setzt z.B. Nanosolar auf eine Verbindung aus Kupfer, Indium, Gallium und Diselenid (CIGS). Die Solarzelle wird auf eine Metallfolie gedruckt. Auf Reinräume und Vakuumzellen kann verzichtet werden. Nanosolar erreicht mit seinen Modulen nach eigenen Angaben einen Wirkungsgrad im zweistelligen Bereich.

Der Anteil der Dünnschichtmodule an der weltweiten Gesamt-Modulproduktion steigt ständig. Im Jahr 2007 noch knapp 14 Prozent, werden im Jahr 2009 über 20 Prozent der Module aus Dünnschichtfabriken kommen (Quelle LBB Research). Die Tendenz zu Dünnschichttechnologien spiegelt sich deutlich bei den jüngsten Firmenansiedlungen im Land Brandenburg wider.

Die ETI wird finanziert aus Mitteln des Ministeriums für Wirtschaft und Energie des Landes Brandenburg und der Industrie- und Handelskammer (IHK) Potsdam.