Solarmodul-Herstellung: Schlüsselmaterialien und Prozesse

Warum Solarmodul-Herstellung wichtig ist

Mit dem gestiegenen Bewusstsein und der Sorge um Umweltfragen wie die globale Erwärmung gewinnt die Forschung zu erneuerbaren Energieformen zunehmend an Bedeutung. Laut der U.S. Energy Information Administration (EIA) erzeugen Solarenergietechnologien nur einen Bruchteil eines Prozents der jährlich in den Vereinigten Staaten verbrauchten Energie. Solarenergie hat jedoch langsam an Popularität gewonnen. Die zwei Hauptformen der Solarenergietechnologien sind Solarthermie (STE) und Photovoltaik (PV). PV-Energie wandelt insbesondere Solarenergie direkt in elektrische Energie um, über ein Halbleitermaterial. Stand 2010 verwenden die meisten PV-Solarmodule nur eine Handvoll Chemikalien als Halbleitermaterial.

Silizium

Eines der häufigsten chemischen Elemente, Silizium (SI), wurde „zur Herstellung einiger der frühesten photovoltaischen (PV) Geräte verwendet“, so die EIA. Allerdings ist Silizium bis 2010 noch immer das häufigste Halbleitermaterial, das in Solarmodulen verwendet wird. Einkristall-Silizium, die effizienteste und teuerste Form von Silizium-PV-Material, entsteht aus hochreinem geschmolzenen Silizium und wird aus Kristall-„Samen“ gezüchtet. Multikristallines Silizium, das weniger effizient, aber weniger teuer ist, kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Amorphes Silizium, das häufig in Taschenrechnern verwendet wird, ist nicht kristallin und daher weniger stabil als kristallines Silizium, wenn es in PV-Geräten verwendet wird. Es kostet jedoch wie multikristallines Silizium weniger in der Herstellung.

Galliumarsenid

Galliumarsenid (GaAs) ist eine chemische Verbindung, bestehend aus Gallium und Arsen. Diese Verbindung wurde in jüngerer Zeit für eine Reihe hochtechnologischer Anwendungen entwickelt, einschließlich Solarenergie. Als einkristalliner Film in PV-Panels ist Galliumarsenid hocheffizient; superdünne Zellen, die nur einen Bruchteil so dick sind wie Siliziumzellen, können dieselbe Energiemenge absorbieren wie dieselben Siliziumzellen. Darüber hinaus ist Galliumarsenid viel langlebiger als die meisten Halbleitermaterialien und unterliegt geringer Strahlungsdegradation. Der größte Rückschlag bei der Verwendung dieser Chemikalie in Solarmodulen ist die Kosten für Gallium. Dieses Nebenprodukt des Schmelzprozesses ist laut der EIA „seltener als Gold“.

Polykristalline Dünnschichten

Polykristalline Dünnschicht ist auch ein viel absorbierenderes PV-Material als Silizium. Die Folie besteht typischerweise entweder aus Kupferindiumdiselenid (CuInSe2) oder Cadmiumtellurid (CdTe). Kleine Mengen Gallium werden manchmal den Kupferindiumdiselenid-Folien zugesetzt, um die Bandlücke zu erhöhen, während die Bandlücke von Cadmiumtellurid fast perfekt für die Absorption von Solarenergie ist. Andere Chemikalien, die manchmal beiden Arten von Panels zugesetzt werden, umfassen Cadmiumsulfid (CdS) und Zink (Zn). Polykristalline Dünnschichten befinden sich noch größtenteils in der Forschungsphase. Allerdings „erscheinen sie laut dem Institute of Energy Conversion der University of Delaware als die vielversprechendsten Kandidaten für die großflächige Anwendung der photovoltaischen Energieumwandlung.“