Photovoltaik 01.02.2008, 19:32 Uhr

Dünnschichttechnologie holt auf  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 1. 2. 08, mg – Dünne Solarzellen aus Verbindungshalbleitern oder mit extrem dünnen Siliziumschichten sind eine Alternative zur Standardzelle. Die Dünnschichttechnologie kommt mit minimalem Materialverbrauch aus. Ihre Entwicklung verläuft in rasantem Tempo. Eine Reihe von Großfabriken ist in Planung.

Technische Entwicklungen laufen in manchen Phasen deutlich beschleunigt ab. Die Stromerzeugung mittels photovoltaischer Anlagen steckt in solch einer Phase. So wird man sich bei Photovoltaikanlagen an ein neues Erscheinungsbild gewöhnen müssen. Nicht mehr nur kristall-blau, sondern zunehmend in nadelstreifen-schwarz oder dunkelrot kommen die Solarmodule daher. Beides sind typische Farben von Dünnschicht-Solarmodulen.

Bei ihnen ist die photoaktive Schicht, die für die Stromerzeugung zuständig ist, nur wenige Tausendstel Millimeter stark – der Materialverbrauch also minimal. Hintergrund dieser Entwicklung ist die Siliziumknappheit der vergangenen Jahre. Sie hat die Entwicklung von Alternativen zur kristallinen Standardsolarzelle – gefertigt aus einem Siliziumwafer – deutlich beschleunigt.

Die Dünnschichttechnologie hat dabei ihre jahrelange Laborexistenz endgültig hinter sich gelassen. Vor drei Jahren entstanden erste Fertigungen im großtechnischen Umfang. Wirtschaftlich relevant sind zum jetzigen Zeitpunkt die kupferbasierten CIS-Zellen, die CdTe-Zellen mit dem Verbindungshalbleiter Cadmiumtellurid sowie mikromorphe Zellen, die aus einer amorphen und einer mikrokristallinen Siliziumschicht bestehen.

Jetzt legt die Dünnschichttechnologie noch einmal einen Zahn zu. Allein bei der CIS-Technologie prognostiziert Michael Powalla vom Stuttgarter Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung bis zum Jahr 2011 eine jährliche Produktionskapazität für Zellen mit 1500 MW Gesamtleistung, für alle Dünnschichttechnologien von 6000 MW. „Jedenfalls“, so schränkt er allerdings ein, „ergibt sich das aus den Ankündigungen der Betreiber. Es bleibt abzuwarten, was tatsächlich realisiert wird.“

Es sieht bisher allerdings noch nicht so aus, als wenn an diesen Ausbauplänen Zweifel angebracht wären. So will Weltmarktführer Sharp die Dünnschichtzellen-Kapazität in seiner Katsuragi-Fabrik in Japan von derzeit 15 MW auf 160 MW bis Oktober 2008 erhöhen. In den Unternehmen, die das Produktionsequipment liefern, spricht man intern schon von der Gigawattfabrik – also einer Kapazität von 1000 MW im Jahr. Dabei fällt auch immer wieder der Name First Solar – ein amerikanisches Unternehmen, das erst im letzten Jahr mit dem Start einer 250-MW-Produktion von CdTe-Zellen in Frankfurt/Oder in der Branche neue Maßstäbe setzte.

Bemerkenswert ist die Geschwindigkeit, mit der diese Entwicklung vor sich geht, bei der jetzt noch vorherrschenden kristallinen Standardzelle hat das alles viel länger gedauert. Das hat mit dem Produktionsequipment zu tun, denn die Produzenten von Dünnschichtsolarzellen haben den Herstellern der klassischen Siliziumsolarzelle eines voraus: Sie stehen mit ihrem Produktionsequipment nicht am Anfang einer Entwicklung, sondern können auf die technisch ausgereifte Produktionstechnologie der Displaytechnik zurückgreifen. Die Beschichtung von Dünnschicht-Solarzellen erfolgt in ähnlichen Verfahren wie bei der Produktion von Flüssigkristall-Displays.

Allerdings ist die Frage noch offen, ob die Dünnschichttechnologie dem Trend zu immer größeren Formaten wie in der Displaytechnik folgen soll. Technologisch führend bei dem Produktionsequipment für große Formate ist das kalifornische Unternehmen Applied Materials (Amat). Deren Technischer Leiter, Winfried Hoffmann, spricht von einer „stürmischen Entwicklung“ hin zu großen Formaten. „Die nächste Generation steht vor der Tür. In den USA haben wir bereits Substratgrößen von zehn Quadratmetern beschichtet.“ Amat hat im letzten Jahr bereits acht Produktionsanlagen an Solarzellenhersteller in Europa und Asien verkauft.

Nicht alle aber wollen dem Trend zum großen Format folgen. Amats Wettbewerber Oerlikon verzichtet mit seiner Produktionstechnologie bewusst auf großflächige Abscheidungen. „Die Überlegung, größere Formate lassen sich günstiger herstellen, ist für die solare Dünnschichtproduktion falsch“, erklärt Oerlikons Marketing-Manager Jürgen Steinmann. Größere Substrate bedeuten eine größere Anzahl von Fehlstellen in der Beschichtung, fährt er fort. Es komme aber darauf an, die Schichtqualität so hoch wie möglich zu schrauben. Das gehe besser mit kleineren Formaten.

Welche Produktionsstrategie sich durchsetzt, bleibt vorerst offen. Einig ist sich aber die Branche, dass das Ziel jeder technologischen Weiterentwicklung die weitere Kostenreduktion in der Produktion sein müsse – ob mit großen oder kleinen Formaten. Dünnschichtzellen haben gegenüber der Silizium- standardzelle eindeutig das größere Potenzial zur Kostensenkung. Lässt sich der Wirkungsgrad noch auf das Niveau der heutigen Standardzelle steigern, werden die dünnen Zellen endgültig zum ernsten Konkurrenten der Siliziumzellen.

Wie stark die Dünnschichttechnologie jetzt schon die Phantasie der Finanzwelt anregt, zeigt sich am Kursverlauf der First-Solar-Aktie im letzten Jahr. Das Papier bescherte seinen Besitzern einen Wertzuwachs von rund 600 %. Nach vergleichbarer Dynamik muss man im weltweiten Börsengeschehen lange suchen. JÖRN IKEN

  • Jörn Iken

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