Hauptmenü Hauptmenü schließen

Umweltfreundliche Dünnschicht-Solarzellen für vielfältigen Einsatz

Sonne, Gas und Energie

Die erneuerbaren Energien haben weltweit Hochkonjunktur. Mit großem Einsatz wird an der Weiterentwicklung und Optimierung der verschiedenen Technologien gearbeitet. In der Photovoltaik eröffnet die Dünnschichtzelle neue Möglichkeiten. Sie benötigt im Vergleich zu herkömmlichen Solarzellen aus Siliziumkristallen nur einen Bruchteil des teuren Rohstoffs und lässt sich wesentlich flexibler einsetzen. In Budapest werden sogenannte Tandem-Dünnschichtzellen entwickelt und produziert. Ihre Siliziumschichten sind nur wenige Mikrometer dick, weil sie aus gasförmigen Vorprodukten entstehen. Weitere Gase spielen bei der Herstellung der Solarpanele ebenfalls eine wichtige Rolle.

Das wichtigste Material für die Herstellung von Solarzellen ist Silizium. Das Halbmetall verfügt über die Halbleiter-Eigenschaften, mit deren Hilfe sich Sonnenlicht in elektrischen Strom verwandeln lässt. Der Rohstoff ist eigentlich reichlich vorhanden: Unsere Erde besteht zu rund 15 Prozent aus diesem Element, die Erdkruste sogar zu rund 25 Prozent. Sand, Ton, Lehm und die meisten Gesteine enthalten überwiegend Siliziumverbindungen. Trotzdem ist Silizium in hochreiner und kristalliner Form ein ziemlich teures Material. In dieser Form wird es auch für herkömmliche Solarzellen genutzt, die inzwischen auf vielen Hausdächern zu finden sind. Die Herstellung von reinem Silizium benötigt aber große Mengen Energie und ist mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden. Die kristalline Form schränkt zudem die Möglichkeiten der Bearbeitung und Formgebung stark ein. Deshalb wächst das Interesse an Siliziumarten, die bei deutlich geringerem Materialeinsatz für die Photovoltaik geeignet sind und sich zugleich leichter bearbeiten lassen.

Ein Hauch von Silizium
Diese Anforderungen werden vor allem von amorphem und mikrokristallinem Silizium erfüllt. Da sie nur in hauchfeinen Schichten von wenigen tausendstel Millimetern benötigt werden, lässt sich der Siliziumverbrauch pro Quadratmeter Solarzelle um bis zu 99,9 Prozent senken. Bei dem sogenannten Tandem-Verfahren entstehen übereinander Schichten aus amorphem und mikrokristallinem Silizium. Die beiden Materialien haben unterschiedliche Eigenschaften; in der Kombination bilden sie eine kostengünstige Solarzelle mit relativ hohem Wirkungsgrad.

Um möglichst dünne Lagen zu produzieren, werden die photovoltaischen Werkstoffe auf eine Trägerschicht aufgedampft. Sie müssen also zunächst gasförmig bereitgestellt und in einem ausgeklügelten Prozess auf dem Träger fixiert werden. Dabei werden Silan – eine Verbindung von Silizium und Wasserstoff (SiH4) – sowie Bor und Phosphor in gasförmigen Verbindungen eingesetzt. Letztere werden gebraucht, damit sich bei Sonneneinstrahlung Ionen bilden können, aus deren Fluss der photovoltaische Strom entsteht. Neben den drei Stoffen, die schließlich auf der Trägerschicht verbleiben, werden für das Verfahren auch die Gase Argon, Helium, Methan, Stickstoff und Wasserstoff benötigt.

Das Dünnschicht-Verfahren erlaubt es, unterschiedliche Trägermaterialien zu verwenden und die Transparenz der Kollektoren nach Wunsch zu gestalten. So lassen sich auch Flächen für die Energiegewinnung nutzen, die für herkömmliche Solarmodule nicht in Frage kommen. Eine Mehrfachnutzung steigert die ökologische Effizienz noch weiter: Die Tandem-Zellen können zum Beispiel als photovoltaische Beschichtung auf Fensterglas, Fassaden- oder Dachelementen aufgebracht werden und zugleich als Sonnen-, Schall- und Sichtschutz dienen. Die Panele können außerdem gleichzeitig für die Wärmedämmung oder die Kühlung von Gebäuden eingesetzt werden. Sie können sogar als Umlenkantennen fungieren, etwa zur Weiterleitung von Mobilfunksignalen.

Seite empfehlen:

Sprache