Derzeit gibt es nur einen Stoff, der das rasante Wachstum der Solarbranche stoppen kann: Silizium. Die Preise für den wichtigsten Grundstoff von Solarzellen sind in den vergangenen Jahren explodiert. Doch die Siliziumknappheit treibt auch die Entwicklung neuer Technologie voran. Forscher setzen neuerdings auf Dünnschichtzellen oder „Dirty Silicon“.
Dank riesiger Wüsten ist Sand das zweithäufigste Element auf der Welt – trotzdem gilt hochreines Silizium als rar. Foto: dpa
KÖLN. An der Börse lässt ein chemisches Element derzeit der Phantasie der Händler freien Lauf: Als der Konstanzer Solarzellenhersteller Sunways Ende Mai mitteilte, er erwarte die Lieferung von zwei Reaktoren, mit denen das Unternehmen selbst Polysilizium herstellen könne, zog der zuvor siechende Aktienkurs des Mittelständlers innerhalb eines Tages um 22 Prozent an. Das Handelsvolumen der Papiere stieg um mehr als das Vierfache. „Von allen Seiten wurden uns Partnerschaften angetragen“, berichtet Sunways-Finanzvorstand Michael Wilhelm.
Der Grund für die Kurs- und Geschäftsphantasien: Die Photovoltaik-Branche wächst rasant. Und es gibt derzeit nur einen Stoff, der dieses Wachstum stoppen kann: Silizium. Denn dieser wichtige Baustoff wird offensichtlich knapp.
Wissenschaftlern ist der Begriff „Silizium-Knappheit“ allerdings verpönt. Denn eigentlich ist der Rohstoff alles andere als selten. Es gibt ihn im wahrsten Sinne des Wortes wie Sand am Meer – oder Sand in der Wüste. Dieser nämlich enthält das Halbmetall Silizium und macht es damit nach Sauerstoff zum zweithäufigsten Element der Erde. Als Grundbestandteil von Mikrochips in der Halbleiterindustrie und von Solarzellen taugt der Sand jedoch nur, wenn er zuvor in Raffinerien aufwändig und teuer hochgradig gereinigt wurde. Und an dieser Stelle hinken Silizium-Produzenten seit drei Jahren der schnell gestiegenen Nachfrage hinterher. Die Folge: Der Preis von hochreinem kristallinem Silizium stieg von einst zehn US-Dollar pro Kilogramm um mehr als das zehnfache. Solarhersteller, die keinen langfristigen Liefervertrag abgeschlossen haben, zahlen am teuren Spotmarkt derzeit bis zu 150 US-Dollar pro Kilo.
„Die Siliziumpreise spielen verrückt“, sagt Eicke Weber, Leiter des Freiburger Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Vor seiner Rückkehr nach Deutschland im Sommer 2006 hatte der 56-jährige Physiker in den USA über zwanzig Jahre lang zu dem Rohstoff geforscht, was ihm in der Branche den Ruf des „Silizium-Papstes“ einbrachte. Und er ist sicher: „Auch 2010 wird noch Knappheit herrschen.“ Zwar werde sich die Lage etwas entspannen, da die wenigen großen Produzenten ihre Kapazitäten mittlerweile deutlich ausgeweitet hätten. Doch durch das starke Wachstum der Solarbranche mit immer neuen Marktteilnehmern werde die Nachfrage nach Solarsilizium weiter steigen. „In einigen Jahren wird die Branche mehr Umsatz machen als die Halbleiterindustrie“, prognostiziert Weber.
Deren Abfälle an überschüssigem Silizium reichten vor zwanzig Jahren noch aus, um den Bedarf der Solarzellenproduzenten zu stillen. Nachdem die New-Economy-Blase platzte und viele Firmen der Computerindustrie Pleite gingen, war mehr als genug hochreines Silizium für die Photovoltaik-Branche vorhanden: „Niemand hat in dieser Zeit darüber nachgedacht, dass die Halbleiterindustrie irgendwann wieder einen höheren Bedarf haben könne“, sagt Eicke Weber. Doch genau so ist es gekommen: Seit 2003 streiten wieder beide Branchen um den begehrten Rohstoff. Allein zwischen 2004 und 2006 stieg die weltweite Nachfrage laut einer Studie der Unternehmensberatung Frost & Sullivan von 32 000 auf 40 000 Tonnen. Davon landet das Gros bei den Chipherstellern: „Für die macht der Silizium-Preis nur einen winzigen Teil der Kosten aus“, sagt Weber. Für die Margen der Solarzellenproduzenten ist der Preissprung des Grundelements jedoch eine Katastrophe.
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Reagiert hat die Branche meist mit langfristigen Lieferverträgen, die sie mit den wenigen großen Siliziumherstellern wie Wacker Chemie abgeschlossen haben. Sunways setzt nun zusätzlich auf die Eigenproduktion. „Uns waren die Preise schlicht zu hoch“, sagt Finanzchef Wilhelm. Die Branche insgesamt wird ihren Bedarf mit dem aktuellen Angebot jedoch nicht decken können. Deshalb haben die Siliziumhersteller angekündigt, die Produktion zu erhöhen. Im Jahr 2010 würden bis zu 78 000 Tonnen in den Markt gepumpt, prognostiziert Frost & Sullivan-Analyst Pramodh Panchanadam: „Vorher werden die Preise aufgrund der sehr hohen Nachfrage jedoch nicht sinken.“
Ein anderer Faktor macht Panchanadam allerdings sicher, das die Industrie trotz der hohen Preisen langfristig einen Aufschwung erlebt: „Die Dünnschichttechnologie kann die Preise dämpfen.“ Bei diesem Verfahren wird ein Halbleitermaterial hauchdünn auf Glas, Stahl oder Kunststoff aufgetragen. Das spart gegenüber der Herstellung von so genannten Wafern, den Scheiben auf die das kristalline Silizium aufgetragen wird, kräftig Kosten. Allerdings wandelt die neue Technik noch bedeutend weniger Licht in Strom um als kristallines Silizium. Die ältere Technik erreicht Wirkungsgrade zwischen 14 und 17 Prozent, bei Dünnschichtsolarzellen liegt der Wert selten über fünf bis sieben Prozent. Für dieselbe Energieleistung wäre also eine mehr als doppelt so hohe Menge an Solarzellen nötig.
„Die Dünnschichtzelle kann eine wichtige Nische im Markt besetzen“, sagt Eicke Weber – mehr aber auch nicht. Der Silizium-Forscher, der gerne von den zusätzlichen 110 Stellen berichtet, die seit seinem Amtsantritt an seinem Institut entstanden seien, lässt keinen Zweifel daran, dass er eine andere Technik für geeigneter hält, die Solarzellenbranche zu revolutionieren: nämlich seine eigene. Laut Webers Forschung ist für den Wirkungsgrad konventioneller Wafer weniger entscheidend, wie viele Übergangsmetalle das Silizium verunreinigen, sondern wie breit diese verteilt seien. Weber will „schmutziges“ Silizium so manipulieren, dass sich die Fremdmetalle in wenigen Clustern konzentrieren. Der Rohstoff wird dann deutlich billiger: Während die Preise für hochreines Silizium bei bis zu 200 Dollar pro Kilo lägen, könne seine Technik in ein bis zwei Jahren den Kilopreis auf ein Zehntel drücken. Nach kurzer Anlaufphase könnte „Dirty Silicon“ ein Viertel des Bedarfs befriedigen, in fünf Jahren bereits die Hälfte.
