Solarzellen

Solarzellen werden in unterschiedlichen Bauformen angeboten, aber das grundlegende Funktionsprinzip ist stets dasselbe. Die klassischen kristallinen Solarmodule sind heute technisch ausgereift und schöpfen ihr Leistungspotenzial gut aus. Dünnschichtzellen und insbesondere die noch relativ neuen organischen Solarzellen scheinen dagegen noch deutliches Steigerungspotenzial zu bieten.

Herzstück einer Solarzelle ist ein Halbleiter, der durch die Absorption von Licht in den leitenden Zustand übergeht und somit Strom produziert. In mono- und polykristallinen kommen massive Siliziumkristalle als Halbleiter zum Einsatz. Dagegen setzen Dünnschichtzellen auf eine nur wenige Mikrometer dicke Halbleiterschicht aus amorphem Material. Ebenfalls mit sehr dünnen Schichten kommen organische Solarzellen aus, die allerdings gänzlich anderes Material nutzen, so genannte organische Halbleiter. Daneben spielt beim Aufbau einer Solarzelle die Abdeckung eine wichtige Rolle, deren Aufgabe es ist, möglich viel des einfallenden Lichts auf den Halbleiter zu lenken. Diese Schicht verleiht den Solarzellen ihre charakteristische Färbung, die von blau bis annähernd schwarz reicht.

Mono- und polykristalline Solarzellen unterscheiden sich nur dadurch, dass monokristalline Module aus großen Einkristallen bestehen, während in polykristallinen Modulen zahlreiche kleinere Kristalle zum Einsatz kommen. Kristalline Module erreichen heute den höchsten Wirkungsgrad aller verfügbaren Technologien, dem allerdings auch ein entsprechender Aufwand bei der Fertigung gegenübersteht. Monokristalline Solarzellen erreichen in der Praxis einen Wirkungsgrad von ca. 19 Prozent, während polykristalline Solarzellen bei ca. 15 Prozent liegen.

Der Unterschied ist nicht ausschließlich technologiebedingt. Für die Herstellung monokristalliner Module wird reineres Silizium benötigt, weswegen sich ein Teil des Leistungsunterschieds durch die unterschiedliche Qualität des Ausgangsmaterials erklärt. Der Energiebedarf für die Produktion polykristalliner Module ist deutlich niedriger, weswegen sie sich trotz des geringeren Wirkungsgrads schneller energetisch amortisieren.

In amorphen Modulen kommen keine Kristalle zum Einsatz, sondern dünne Schichten aus amorphem Silizium oder anderem Material. Diese Schichten werden auf einen Träger aufgedampft, was die Kosten und den Energieaufwand gegenüber kristallinen Modulen deutlich reduziert. Der Wirkungsgrad ist allerdings ebenfalls deutlich niedriger, Module aus amorphem Silizium liegen deutlich unter zehn Prozent. Dennoch sind sowohl der Energieaufwand als auch die Kosten pro Watt Leistung niedriger als bei kristallinen Modulen, sofern ausschließlich die Module in die entsprechenden Bilanzen einbezogen werden. Dass es sich dennoch um eine Nischentechnologie mit geringem Marktanteil handelt, liegt daran, dass der Ertrag meist zu gering ist, um die übrigen Investitionen in eine Photovoltaikanlage zu rechtfertigen.

Organische Module befinden sich noch im Entwicklungsstadium. Interessant sind sie primär wegen der großen Möglichkeiten, die sie in Zukunft versprechen. Organische Module können grundsätzlich in jeder Form hergestellt werden, sogar als Folien. Damit könnten beliebige Gegenstände beschichtet werden, was der Photovoltaik vollkommen neue Einsatzgebiete eröffnet. Dies umso mehr, da auch transparente Folien hergestellt werden können, die nahezu unsichtbar sind.

Mögliche Wirkungsgrade sind kaum zu prognostizieren, da eine große Vielzahl organischer Materialien zur Verfügung steht und die Suche nach dem optimalen Material gerade erst begonnen hat. Selbst wenn der Wirkungsgrad deutlich unter dem herkömmlicher Module bleiben sollte, könnten organische Solarzellen dennoch eine große Zukunft haben, da sie extrem billig mittels einfacher Druckverfahren hergestellt werden können.

Seit etwa 15 Jahren werden Solarzellen in großer Stückzahl produziert. Während der gesamten Zeit fielen die Preise rapide, ein Watt Leistung kostet heute kaum noch mehr als fünf Prozent des Preises von 1998. Zumindest für kristalline Module hat sich der Preisverfall bislang nicht fortgesetzt, sie verharren seit Jahresbeginn auf konstantem Preisniveau. Die besonders preiswerten Importe auch China haben sich sogar erstmals leicht verteuert. Für die nähere Zukunft zeichnet sich auch kein weiterer Verfall der Preise ab. Fortgesetzt hat sich dagegen auch in diesem Jahr der Abwärtstrend der Preise für amorphe Solarzellen.

Kristalline Solarzellen können heute als voll ausgereifte Technologie angesehen werden, bei der allenfalls noch Verbesserungen im Detail zu erwarten sind. Aus heutiger Sicht werden sie bereits sehr günstig hergestellt, weswegen die Kosten pro Watt voraussichtlich für längere Zeit nicht mehr signifikant sinken werden.