Photovoltaik
Solarwirtschaft setzt weiter auf Silizium

Die Solarstrom-Industrie freut sich über einen Boom: 450 Megawatt an Photovoltaik wurden im Jahr 2004 in Deutschland installiert. In diesem Jahr dürften es nach Angaben des Bundesverbandes Solarindustrie sogar über 500 Megawatt werden. Doch der Ausbau könnte noch schneller gehen, würde nicht ein Engpass beim Rohstoff Silizium zu einem Mangel an Solarmodulen führen. Die Siliziumpreise am Markt haben sich seit vergangenem Jahr mehr als verdoppelt.

HB DÜSSELDORF. Zwar gibt es mehr als genug Silizium auf der Erde - es ist nach Sauerstoff das zweithäufigste Element. Allerdings muss Reinsilizium erst aufwendig aus Gestein gewonnen werden. Und an den entsprechenden Fabrikkapazitäten mangelt es. Frühestens im Jahr 2008 werde der Engpass beseitigt sein, schätzen Branchenkenner.

Der angespannte Siliziummarkt hat die Entwicklung alternativer Zelltypen bisher nicht entscheidend voran gebracht. Im Gegenteil: Wissenschaftler setzen mehr denn je auf das bewährte Silizium, weil andere Techniken sich unerwartet zäh entwickeln.

Bis vor einigen Jahren hatte die Branche beispielsweise noch Visionen rund um die "amorphen Dünnschichtzellen": Unschlagbar billig, weil materialsparend sollten die neuen Module werden - egal, ob aus Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) oder anderen Halbleitern hergestellt. Die Firma Würth-Solar plante Ende der neunziger Jahre, den jährlichen Ausstoß ihrer soeben errichteten CIS-Produktion im württembergischen Marbach binnen weniger Jahre auf 50 Megawatt zu steigern. Doch bislang kam die Jahresproduktion über 1,3 Megawatt nicht hinaus. Auch von den unschlagbaren Kosten, die im Laufe von einigen Jahren auf unter einen Euro je Watt gedrückt werden sollten, redet heute niemand mehr.

Dünnschichtmodule sind zwar inzwischen durchaus etabliert, aber eben nur in Nischen. Die "Arbeitstiere" der Photovoltaik sind nach wie vor die kristallinen Siliziumzellen mit Marktanteilen von mehr als 90 Prozent. Und die meisten Forscher in der Branche glauben nicht, dass sich daran in absehbarer Zeit etwas Grundlegendes ändern wird - zumindest, was die klassischen anorganischen Zellen betrifft. "Wir sollten die Forschungsanstrengungen auf Silizium konzentrieren", rät daher Jürgen Werner, Leiter des Instituts für Physikalische Elektronik (IPE) der Universität Stuttgart. Denn die Photovoltaik müsse, um ihren Platz im Strommix der Zukunft zu sichern, im Jahr 2020 bei Kosten von 20 Cent je Kilowattstunde an mitteleuropäischen Standorten angelangt sein. "Wenn wir die Photovoltaik etablieren wollen, dann kann das aus heutiger Sicht nur das Silizium schaffen."

Selbst am Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW), das Mitgesellschafter des CIS-Herstellers Würth-Solar ist, hält man heute die Fahne der kristallinen Siliziumtechnik hoch: "Auf dem Markt wird das Silizium auch in Zukunft dominieren", sagt ZSW-Wissenschaftler Johann Springer.

Und so geht es in der heutigen Solarforschung vor allem um die Entwicklung und Verarbeitung immer dünnerer Siliziumschichten mit möglichst großflächigen Kristallen. Die klassische Fertigung durch Schneiden der Wafer aus einem massiven Siliziumblock dominiert dabei noch immer. Aber auch alternative Verfahren, wie das Ziehen dünner Kristallschichten aus der Schmelze werden bereits in der Serienfertigung eingesetzt. Eines davon ist die so genannte EFG-Methode (Edge defined Film-fed-Growth) von type="unknownISIN" value="RWE AG Rheinisch-Westfälische Elektrizitätswerke AG">RWE-Schott-Solar; dabei wird ein Hohlkörper gezogen, dessen Seiten anschließend per Laser auseinander geschnitten werden. "Solche Bandziehverfahren werden zunehmen, weil sie weniger Silizium benötigen", sagt ZSW-Wissenschaftler Springer. Beim Sägen klassischer Siliziumblöcke gehen derzeit noch rund 40 Prozent des Ausgangsmaterials verloren. Die US-Firma Evergreen Solar arbeitet bei ihrer String-Ribbon-Technik mit zwei Fäden, zwischen denen ein 313 Mikrometer dünnes Waferband kristallisiert, das dann per Laser auf die gewünschte Länge geschnitten wird. Eine weitere Alternative zum Blocksägen ist das Abscheiden von Siliziumkristallen auf Glas. Dieses Verfahren wird von der Firma Kaneka bereits praktiziert.

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