Drei Technologien auf dem Vormarsch

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Gemeinsam ist den drei wesentlichen Dünnschichttechnologien, dass die Licht wandelnde Schicht nur wenige Tausendstel Millimeter dick ist, im Gegensatz zu den mehreren Zehntel Millimetern dicken Wafern der kristallinen Zellen. Sie beherrschen heute 95 Prozent des Marktes, obwohl ihre Produktionskosten mit über 2,40 US-Dollar relativ hoch liegen, heißt es in der Studie „Thin-Film, Organic and Printable Photovoltaics Markets: 2007–2015“ des Marktforschungsunternehmens Nanomarkets von letztem Sommer. Danach könnten die Produktionskosten für kristalline Module noch auf 1,75 US-Dollar pro Watt fallen. Trotzdem hätten Dünnschichtmodule das höhere Kostensenkungspotenzial.

Die Umweltfreundlichen: Silizium-Dünnschicht

Im Gegensatz zu der rigiden Ordnung in einem Kristallgitter sind in amorphen Dünnschichtzellen die Atome relativ ungeordnet enthalten. Dadurch können die Schichten in einem Schritt auf große Flächen aufgebracht werden. Bisher existieren große Produktionskapazitäten nur in den USA und Japan. Wenn alle angekündigten Produktionslinien tatsächlich gebaut werden, dürfte Deutschland aber bald aufschließen. Amorphe Module werden zu einem großen Teil in Freiflächen- und großen Dachanlagen eingebaut. Die Produktionskosten lagen nach der Nanomarket-Studie im vergangenen August bei rund zwei US-Dollar pro Watt.

Hauptvorteile:

Amorphe Dünnschichtzellen sind relativ preiswert und die Hersteller können auf Erfahrung der Mikroelektronikindustrie zurückgreifen. Dadurch können Maschinenbauer finanzkräftigen Investoren nahezu schlüsselfertige Produktionslinien verkaufen. Der Rohstoff ist im Prinzip fast unbegrenzt vorhanden und nicht giftig.

Hauptnachteile:

Der Wirkungsgrad ist bei Großserienproduktionen mit sechs Prozent noch sehr niedrig. Ein Grund dafür ist die Alterung: In den ersten 1.000 Betriebsstunden verlieren die Zellen 20 Prozent ihrer Effizienz. Der Kunde bemerkt davon wenig, da die Zellen mit dem Wirkungsgrad nach der Alterung spezifiziert werden.

Ausblick:

Der Übergang zu mikromorphen Tandemzellen, die außer einer amorphen eine zusätzliche mikrokristalline Schicht enthalten, verspricht Wirkungsgrade von zehn Prozent. Die Produktionskosten könnten auf unter 1,25 US-Dollar pro Watt fallen.

Die Effektiven: CIG und CIGS

CIS-Zellen nutzen dünne Schichten aus Kupfer, Indium und Selen zur Lichtwandlung anstatt Silizium. Bei CIGS-Zellen kommt noch etwas Gallium dazu. CIS- und CIGS-Zellen absorbieren nahezu 99 Prozent des einfallenden Lichts und sind deshalb tiefschwarz. Die Hersteller betonen immer wieder, dass die Zellen dadurch besonders schön aussehen. Bisher werden sie deshalb hauptsächlich in der Architektur zur Gebäudeintegration eingesetzt. Das liegt auch daran, dass die Produktionskosten laut Nanomarkets zurzeit noch vergleichbar mit denen der kristallinen Module sind. CIS und CIGS halten im Labor mit fast 20 Prozent den Wirkungsgrad-Weltrekord für Dünnschicht.

Hauptvorteile:

Der Wirkungsgrad liegt für Dünnschichtmodule mit neun bis zwölf Prozent relativ hoch und das Material ist stabil.

Hauptnachteile:

Die Technologie profitiert wenig von den Mikroelektronikherstellern und die Produktionskosten sind hoch. Allerdings könnten sie auch auf 1,25 US-Dollar fallen. Da Indium aber selten vorkommt, könnte es vielleicht zu Lieferengpässen kommen.

Ausblick:

Zurzeit wird die industrielle Produk tion aufgebaut, in Deutschland vor allem durch Würth Solar. Die Firma Centrotherm meldet außerdem, dass sie schlüsselfertige Produktionsanlagen anbietet. Auch flexible CIS-Zellen sind bei verschiedenen Firmen in der Entwicklung.

Die Preisbrecher: CdTe

Wie das Kürzel schon andeutet, nutzen diese Zellen Schichten aus Cadmium-Tel lurid (CdTe) zur Energiewandlung. Der Markt wird vom Hersteller First Solar dominiert. Während Nanomarkets letzten Sommer die Produktionskosten mit über 2,45 US-Dollar pro Watt angab, meldete First Solar Ende 2007, seine Zellen in Frankfurt/Oder bereits für 1,25 US-Dollar herstellen zu können. Da sie preiswert sind, finden sie zurzeit in großen Dach- und Freiflächenanlagen Anwendung. Für kleine Anlagen unter 30 Kilowatt werden sie überhaupt nicht verkauft.

Hauptvorteile:

Der Wirkungsgrad liegt mit sieben bis zwölf Prozent in der Fertigung relativ hoch.

Hauptnachteile:

Cadmium ist giftig und sollte nicht in die Umwelt gelangen. Im Normalbetrieb geschieht dies auch nicht. Die Module müssen aber auf jeden Fall recycelt werden.

Ausblick:

Neben First Solar kommen weitere Anbieter mit CdTe auf den Markt, unter anderem die Q-Cells Tochter Calyxo.