Die Mehrzahl der Solarmodule besteht aus dem Halbleitermaterial Silizium. Es ist für die Solartechnologie bestens geeignet – als zweithäufigstes Element der Erdkruste ist es quasi unbegrenzt vorhanden. Dennoch gibt es auch bei den Silicium-Solarzellen große Unterschiede, die sich aus den verschiedenen Herstellungsmethoden ergeben.
Mono- und polykristalline Zellen
Man unterscheidet zwei große Kategorien von Siliciumsolarzellen bzw. -modulen: Auf der einen Seite gibt es die kristallinen Module. Hier differenziert man weiter zwischen monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen. Auf der anderen Seite gibt es so genannte Dünnschichtmodule. Welches Modul für welches Dach besser geeignet ist, hängt von den individuellen Ansprüchen des Betreibers und von den Gegebenheiten seines Hauses ab.
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 relativ teuer und benötigt mehr Energie in der Herstellung.
Bei der polykristallinen Variante ist dies anders. Hier besteht das Silicium aus vielen kleinen Einzelkristallen. Polykristalline Solarzellen sind günstiger in der Herstellung und brauchen weniger Energieeinsatz. Daher gelten sie als Solarzellen mit einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis, auch wenn der Wirkungsgrad etwas schwächer ist als bei der monokristallinen Variante.
So entstehen Dünnschichtmodule
Völlig anders verläuft die Herstellung bei Dünnschichtmodulen. Bei der amorphen Silicium-Technologie (a-Si) wird amorphes Silicium auf einer Glasplatte abgeschieden. Dazu wird in einem Hochvakuumreaktor ein Plasma erzeugt, aus dem sich Silicium auf der Glasoberfläche absetzen kann. Der Vorgang erfolgt in einem Niedertemperaturprozess mit Temperaturen unter 200 °C. Dieses Verfahren ist besonders energieeffizient.
Ein weiterer Vorteil: Die aktive Siliciumschicht ist weniger als ein Mikrometer dünn. Der Schichtauftrag auf einer Glasscheibe erfordert daher pro Quadratmeter nur etwa ein Gramm des Halbleitermaterials. Mit einem feinen Laser wird dann das Silicium so strukturiert, dass eine Vielzahl kleiner Solarzellen entsteht.
Transparente Leiterbahnen sorgen für den Elektronentransport bis in die Kabelanschlüsse am Modul. Nachdem die Kontakte aufgebracht sind und die einzelnen Zellen per Laser verschaltet werden, entsteht ein funktionsfähiges Rohmodul. Da die einzelnen Zellen auf dem Trägerglas direkt miteinander verschaltet sind, müssen die Zellen nicht separat verbunden werden.
Unterschiedliche Wirkungsgrade
Der große Unterschied zwischen den unterschiedlichen Zellenarten liegt in ihrem Wirkungsgrad und in ihren Herstellungskosten pro Watt. Laut Angaben des Europäischen Photovoltaik-Industrieverbands EPIA und einer Greenpeace-Studie aus dem Jahr 2007 wandeln monokristalline Zellen am meisten Sonnenenergie in Strom um (13 bis 15 % Wirkungsgrad), sind aber am zeit- und materialaufwendigsten in der Herstellung.
Polykristalline Zellen sind günstiger herzustellen, haben dafür aber einen etwas geringeren Wirkungsgrad von 12 bis 14 %. Amorphe Dünnschichtmodule haben mit 6 bis 7 % einen relativ geringen Wirkungsgrad. Aus den unterschiedlichen Wirkungsgraden lässt sich aber nicht schließen, dass monokristalline Zellen automatisch immer am besten geeignet sind, da jede dieser Technologien ihre besonderen Vorteile hat. So wird für die Herstellung von Dünnschichtmodulen weit weniger des kostbaren Rohstoffs Silicium gebraucht, was sie preisgünstig macht. Der geringere Materialeinsatz schont sowohl die Ressourcen als auch die Umwelt.
Kristallin für Kleinanlagen
Kristalline Solarzellen gibt es bereits seit über 50 Jahren. Die Langzeiterfahrungen in dieser Technologie haben gezeigt, dass die Module – sofern sie von einem Qualitätshersteller kommen – sehr langlebig und über Jahrzehnte haltbar sind.
Kristalline Solarzellen eignen sich ideal für kleinere Anlagen, wie sie typischerweise auf Einfamilienhäusern vorzufinden sind. Um eine Nennleistung von 1 kW zu erreichen, braucht man eine Dachfläche von etwa 8 bis 9 m². Eine typische Solaranlage mit 4 bis 6 kW passt auf die meisten Dächer und ist ausreichend, um den gesamten Strombedarf eines Vier-Personen-Haushalts über das Jahr hinweg zu erzeugen.
Dünnschicht flexibel einsetzbar
Ein Vorteil der Dünnschichtmodule sind die flexiblen Einsatzmöglichkeiten. Da der spezifische Flächenpreis pro Quadratmeter wesentlich günstiger ist, sind die Dünnschichtmodule besonders für große Flächen und Fassaden geeignet. Sie können in Größe und Design auf individuelle Kundenwünsche zugeschnitten werden und finden insbesondere in Fenster-, Dach- und Fassadenverglasungen Verwendung.
Typische Beispiele sind Dächer, die zum Teil verschattet bzw. nicht optimal nach Süden ausgerichtet sind oder wenn die Module in einem ungünstigen Neigungswinkel angebracht werden sollen. Denn Dünnschichtmodule haben ein besseres so genanntes Schwachlichtverhalten als kristalline Solarmodule und eignen sich sehr gut bei indirekten oder diffusen Lichtverhältnissen.
Wegen ihrer großen Flexibilität bezüglich Form und Design sind Dünnschichtmodule außerdem hervorragend für die Gebäudeintegration geeignet – z. B. als Sonnenblenden. Sie bieten Architekten interessante Gestaltungsmöglichkeiten in Verbindung mit umweltfreundlicher Stromerzeugung. Jedoch benötigt man für die gleiche Energieausbeute bei Dünnschichtmodulen eine entsprechend größere Fläche. Damit verbunden steigen die Systemkosten an, also Montage und Anschluss. Dünnschichtmodule rentieren sich also besser auf großen Dachflächen.
Technologien nebeneinander
Obwohl die Dünnschichttechnologie immer beliebter wird, wird sie die Technologie der kristallinen Module nicht vollkommen ablösen. Beide Technologien werden vielmehr nebeneinander existieren. Das Forschungsteam von Schott Solar arbeitet daran, das Optimum an Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit aus den Solarmodulen herauszuholen. Und das gilt für beide Technologien. Ganz gleich für welchen Modultyp sich der Anlagenbetreiber entscheidet, er sollte bei seiner Wahl auf langlebige Qualitätsmodule setzen. Denn nur Solarmodule, die über einen Zeitraum von 20 Jahren – und weit darüber hinaus – ihren Dienst dauerhaft erfüllen, sind wirtschaftlich und bringen die erhofften Renditen.
Dünnschichtmodul Schott ASI 100
