Je nach Halbleitermaterial, Materialdicke oder Kristallstruktur unterscheidet man unterschiedliche Solarzellentypen. Am gebräuchlichsten sind Dickschicht-Solarzellen, deren Hauptmaterial Silizium ist. Silizium ist ein weit verbreiteter Rohstoff, der in zahlreichen chemischen Verbindungen vorkommt, vor allem in Silikatmineralien, Sand und Quarz. Die Gewinnung von reinem Silizium ist ein energieintensiver Prozess, da Silizium bereits bei Raumtemperatur mit Sauerstoff reagiert. Auch für die Chipherstellung wird reinstes Silizium benötigt, für sogenanntes „Solarsilizium“ reicht allerdings eine etwas geringere Reinheit aus. Siliziumwafer sind das Halbzeug zur Herstellung von Solarzellen.
Der Barren ist ein Zwischenstadium, aus dem die sogenannten Platten hergestellt werden. Man unterscheidet zwischen monokristallinen und polykristallinen Ingots, wobei monokristalline Ingots die teurere Variante darstellen und aus hochreinem Silizium hergestellt werden. Bei der Herstellung von Einkristallblöcken wird Silizium in einem Tiegel auf hohe Temperaturen erhitzt und die Schmelze bei rotierendem Tiegel auf Stäbe abgelagert. Nach dem Abkühlen wird das induzierte Kristallwachstum an den Stäben fortgesetzt und es bildet sich ein zylinderförmiger Einkristall.
Diese Siliziumkristalle werden in dünne Platten mit einer Dicke von 0,15 bis 0,25 mm gesägt. Aufgrund des Herstellungsverfahrens ist die Kristallstruktur in Einkristallplatten gleichmäßig. Bei der Herstellung polykristalliner Ingots wird Silizium in quadratischen Tiegeln erhitzt. Beim Abkühlen bilden sich anschließend viele kristalline Zonen unterschiedlicher Größe und Ausrichtung.
Im nächsten Schritt werden die Platten „legiert“. Unter diesem Begriff versteht man das Einbringen von Fremdatomen in das bestehende Siliziumgitter, sodass zwischen den einzelnen Schichten ein Ladungsunterschied entsteht. Um das Sonnenlicht besonders effizient zu nutzen, wird auf die Platte eine Antireflexschicht aus Siliziumnitrid oder Titanoxid aufgebracht. Anschließend werden die Kontakte im Siebdruckverfahren auf die Platten gedruckt und anschließend durch Einbrennen ausgehärtet. Auf der Rückseite erfolgt die Kontaktierung über Silberkontaktpunkte auf einer Aluminiumschicht.
Wasserstoff wird im Produktionsprozess von Dünnschicht-Solarzellen verwendet. Es reagiert mit Silizium zu Monosilan (SiH4). Diese gasförmige Verbindung verdampft auf dem Trägermaterial und zersetzt sich bei niedrigen Temperaturen; Dabei entsteht amorphes, nichtkristallines Silizium. In nachfolgenden Schichten werden elektrisch leitfähige Oxide abgeschieden, die als Kontakt dienen. Diese Schichten werden entweder mechanisch oder per Laser strukturiert, so dass einzelne Elemente entstehen.
Monokristalline Solarzellen zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer von über 20 Jahren aus. Zudem sind sie mit Wirkungsgraden von 14 bis 18 Prozent die effizientesten Solarzellen, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind. Allerdings sind sie vergleichsweise teuer und aufwändiger in der Herstellung. Die höchste Effizienz (bis zu 30 Prozent) wurde jedoch mit Hilfe von sog. tandem solar cells. These cells consist of two or more solar cells that are layered on top of each other. This allows light with different wavelengths to be absorbed by the cell. Organic solar cells, whose special features we have already described in an earlier article, consist of hydrocarbon compounds and are still a relatively new technology with many new potential applications.
Quelle:
Solarenenergie.de:
https://solarenergie.de/hintergrundwissen/solarenergie-nutzen/solarzellen/solarzellen-herstellung, accessed: 3/26/2022 at 5 p.m.
https://www.energie-experten.org/erneuerbare-energien/photovoltaik/solarmodule/monokristalline-module, accessed: 3/26/2022 at 2 p.m.
Wikipedia, Solarzelle:
https://de.wikipedia.org/wiki/Solarzelle#Einteilung, accessed: 3/28/2022 at 9 a.m.
