Solarzellen Herstellung

Herstellung von Solarzellen

Bei der typischen Aufdach-Solarstromerzeugung mit kristallinen Solarzellen besteht die Photovoltaik-Produktion aus folgenden Schritten:. Anfertigung Die kristallinen Solarzellen bestehen - im Unterschied zu manchen Dünnschicht- oder Farbzellen - aus dem Basismaterial Silizium. Silizium wird für die Herstellung von monokristallinen Solarzellen aufbereitet. Bei monokristallinen Solarzellen sind die Scheiben nur wenige µm dumm. Weil das Silizium bereits bei der Waferproduktion mit Bor gedopt wurde, muss nun die andere Waferhälfte mit Phosphor versetzt werden.

Mit den p- und n-dotierten Halbleiterscheiben wird nach der Waferproduktion eine Zelle mit hohem Nutzeffekt aufgrund der niedrigen Unreinheiten gebildet. Der Herstellungsprozess bestimmt auch die Maximalgröße einer einkristallinen Zelle. Einkristalline Solarzellen sind aus zwei verschiedenen Blickwinkeln leicht zu erkennen: Solarmodule mit monokristalliner Solarzellen erzielen wesentlich höhere Effizienz als andere Solarzellen.

Im Labor wurden bereits mehr als 20 Prozent Wirkungsgrad erreicht. Einkristalline Solarzellen sind daher besonders nützlich, wenn auf kleiner Grundfläche ein höchstmöglicher Wirkungsgrad erzielbar ist. Zudem ist die Energieamortisation der Solarmodule bei einkristallinen Solarzellen aufgrund der energieintensiven Produktion ebenfalls geringer als bei mehrkristallinen.

Photovoltaik-Produktion - vom Strand bis zur Zelle

Das erwärmte und aufgeschmolzene Silicium wird bei der Herstellung von polykristallinen Blöcken in zwei unterschiedlichen Prozessen zu Blöcken aus der Metallschmelze umformt. Zur Erzielung der erforderlichen Solarzellenreinheit wird das Rohsilicium aufgeschmolzen und zu Produktionsbeginn der Photovoltaik mühsam filtriert oder gespült. In einem weiteren Arbeitsgang wird es im Blockguss oder Bridgman-Prozess aufbereitet.

Beim Blockgießen wird das Silicium im Schmelzbehälter durch Erwärmen flüssig gemacht und in einen zweiten Schmelzbehälter gegossen, in dem das Halbleiter-Material in kontrollierten Lagen abkühlen kann. In einem weiteren Arbeitsgang werden die multikristallinen Siliziumwafer, aus denen Solarzellen gefertigt werden, aus den verfestigten Blöckengeschnitten. Beim Bridgman-Verfahren (nicht: Bridgman-Stockbarger-Verfahren - hier werden Einzelkristalle hergestellt) wird die Aufschmelzzone lagenweise von oben nach unten durchlaufen.

Ein dritter Prozess ist für die photovoltaische Produktion von kristallinen Solarzellen wichtig. Czochralsky ist etwas komplexer und damit kostspieliger als Blockguss und Bridgman-Prozess, produziert aber die reiner, leistungsfähigeren einkristallinen Blöcke anstelle von polykristallinen Wafern. Bei Czochralski (nach Jan Czochralski, 1885-1953, der das Schmelzverfahren 1916 entdeckte) wird das schmelzflüssige Halbleiter-Material in einem Schmelztiegel bei einer Schmelztemperatur knapp über dem Gefrierpunkt zwischengelagert.

Sie ist bei dieser Betriebstemperatur hochviskos und zähflüssig. Das kristallisierte "Inokulum" wird in die Glasschmelze eingelassen. Durch diese Abkühlung erstarrt das Gut - und bildet damit die kristalline Gestalt des Keimlings - zu einem künstlichen Zuchteinkristall. Die monokristallinen Blöcke, die nach dem Czochralski-Verfahren gezogen werden, werden in Zylinderform geliefert, auf denen ein konischer Zylinderkopf mit gebogenen Schritten aufliegt.

Herstellung der formlosen Zelle oder des Dünnschichtmoduls:

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