+ 21.05.2011 + 24 Partner aus Forschung und Industrie erkunden zukünftige Entwicklung der Silicium-Photovoltaik.

Mehr als vier von zehn Solarzellen, welche heute zum Einsatz kommen, bestehen aus  multikristallinem Silicium. Dieses ist vergleichsweise preiswert, jedoch lassen sich mit der  gegenwärtig in der Industrie eingesetzten Technik nur etwa 17% der einfallenden  Sonnenstrahlung in elektrische Leistung umwandeln.

 

Weitere 40% aller in Modulen  verbauten Solarzellen werden aus monokristallinem Silicium hergestellt. Sie erreichen zwar  einen höheren Wirkungsgrad von etwa 19%, dafür entstehen während der Kristallzüchtung  höhere Kosten.

 

Mit welchem dieser beiden Materialien in Zukunft kostengünstiger Energie  erzeugt werden kann, ist gegenwärtig noch offen. Im Februar 2011 haben sich daher elf  Firmen und 13 Forschungsinstitute im Verbundprojekt „SolarWinS“ - „SolarForschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem  Silicium“ - zusammengeschlossen.

 

Während der kommenden drei Jahre wird der durch das  Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit ca. 5,5 Mio.  Euro geförderte Forschungsverbund ermitteln, welches Wirkungsgrad-Potenzial Solarzellen aus mono- und multikristallinem Silicium noch bergen.

 

Hochreine Blockpräparation und hocheffiziente Solarzellen aus  multikristallinem Silicium

Die physikalischen Grenzen sind für Solarzellen aus hochreinem, monokristallinem Silicium  im Prinzip bekannt. Daher konzentrieren sich die Forscher zunächst auf das multikristalline  Material: Hier entstehen während der Blockherstellung häufig Kristalldefekte, an die sich  Verunreinigungen anlagern und dadurch die Stromausbeute und somit den Wirkungsgrad  senken. Die Verunreinigungen kommen dabei überwiegend nicht aus dem - heutzutage  hochreinen - Silicium-Rohstoff, sondern werden während der Kristallisation kontinuierlich aus  der Umgebung eingetragen. In einem ersten Schritt soll daher die Kontamination während  der Blockherstellung in den Kristallisations-Labors der Projektpartner kontrolliert und  systematisch verringert werden.

 

Die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften werden  anschließend im Detail untersucht. Damit nicht genug: Als „Nagelprobe“ werden aus den  Siliciumscheiben in Reinraum-Laboratorien Hocheffizienz-Solarzellen gefertigt, welche am  deutlichsten Aufschluss über den unter optimalen Bedingungen erreichbaren Wirkungsgrad  geben. Ferner verfolgen die Forscher das Ziel, grundlegende Parameter während der  Kristallzüchtung zu messen. Diese sollen in rechnergestützte Modellierungen einfließen,  welche eine detaillierte Beschreibung der physikalischen Vorgänge während der  Blockherstellung ermöglichen.

 

Gerüstet für die Zukunft

Falls sich herausstellt, dass multikristallines Silicium im Prinzip keinen anderen Limitierungen  unterliegt als sein monokristallines Pendant, sollte es mittelfristig möglich sein, multikristalline  Solarzellen mit einer Leistungsausbeute herzustellen, welche der von monokristallinen Zellen  vergleichbar ist.

 

„Die momentane Wirkungsgraddifferenz von zwei Prozent klingt nach wenig, sie ist aber  nicht nur wissenschaftlich, sondern auch wirtschaftlich höchst relevant. Denn schon eine  Steigerung des Wirkungsgrades um nur ein Prozent kann für eine Firma mit einer Produktion  von etwa 100 Millionen Solarzellen im Jahr einen jährlichen Zusatzgewinn von mehr als 20  Millionen Euro bedeuten“ rechnet Prof. Giso Hahn vor, Leiter der Abteilung Photovoltaik der  Universität Konstanz.

 

Bestätigt wird dies von Dr. Kai Petter, Projektleiter des  Verbundpartners Q-Cells SE: „Wir erhoffen uns durch dieses Projekt Informationen über den  zukünftigen Weg der Photovoltaik. Die strategische Entscheidung, den Schwerpunkt von  Entwicklung und Produktion auf mono- oder multikristallines Silicium zu legen, ist von  bedeutender Wichtigkeit für Investitionen und damit die langfristige Ausrichtung und  Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Unternehmen.“

Fraunhofer ISB 2011