CIS- und CdTe-Dünnschichtphotovoltaik

Die weithin bekannten waferbasierten, bläulich schimmernden Solarmodule nutzen dünne Siliziumscheiben, sogenannte Wafer, zur Umwandlung des Sonnenlichts in Strom. Silizium ist praktisch unbegrenzt verfügbar und hat sich als ideales Material zur Herstellung von Solarzellen bewährt. 

 

Neben den waferbasierten Herstellungsverfahren wurden ab der Jahrtausendwende sogenannte Dünnschichttechnologien als angeblich vielversprechende Alternativen propagiert. Auch die Dünnschichtphotovoltaik wird schon seit mehreren Jahrzehnten erforscht. Man erhoffte sich, dass die Dünnschichttechnologien immer größere Marktanteile erobern und die klassische Siliziumphotovoltaik verdrängen würden. Teilweise war die Rede davon, dass mit dem Dünnschichtprinzip Solarmodule der 2. oder gar 3. Generation hergestellt werden könnten.

 

Die Hoffnungen haben sich allerdings nicht bestätigt. Im Gegenteil, die Marktanteile der Dünnschichtphotovoltaik sind nach wie vor gering und rückläufig. Bis jetzt hat nur eine Firma des Dünnschichtsektors, die amerikanische Firma First Solar, Gewinne erwirtschaften können. Mittlerweile ist First Solar jedoch auch damit befasst, auf eine waferbasierte Siliziumtechnologie umzusteigen.

HZB, Compounds for thin film PV, 19.4.2010
HZB, Compounds for thin film PV, 19.4.2010

Der wesentliche Unterschied zwischen Solarmodulen der CIS-Familie und von Modulen aus Cadmiumtellurid (CdTe) wird mit nebenstehender Abbildung aus einer Präsentation des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) verdeutlicht.

 

Im Fall von CIS-Modulen bestehen die lichtabsorbierenden Halbleiterschichten aus einer Kristallstruktur, die sich aus den Elementen Kupfer (C), Indium (I), Schwefel (S), Gallium (G), Selen (Se), Zink (Zn) oder Zinn (Sn)  zusammen setzt. Die Bausteine können unterschiedlich kombiniert werden. Entsprechend ist dann beispielsweise auch von CIGS- oder CIGSe-Technologie die Rede. Weiter wurde eine Reihe unterschiedlicher Verfahren erprobt, mit denen die industrielle Herstellung derartiger Solarmodule möglich sein sollte.

 

Module auf der Basis von CdTe sind eng mit CIS-Modulen verwandt. Zell- und Modulaufbau sind bei starren Glas-Glas-Modulen praktisch identisch, die Produktionsprozesse sind sehr ähnlich. Der wesentliche Unterschied ist, dass die Herstellung der lichtabsorbierenden Halbleiterschicht einfacher ist, da mit Cadmium und Tellur nur zwei Elemente verwendet werden. Dagegen besteht die Halbleiterschicht im Fall von CIS-Modulen aus 3 bis 5 Elementen. Mit zumender Anzahl der Elemente wird die Herstellung sehr viel komplexer, die Verfahren sind immer schwerer zu kontrollieren.

Nachteile

Man sollte meinen, dass neue Konzepte, die Bewährtes verdrängen wollen, klare Vorteile haben müssten. Gerade Solarmodule sind sehr leicht zu bewerten. Eine Solaranlage dient einem einzigen Zweck: sie soll zuverlässig möglichst viel Strom zu einem möglichst günstigen Preis erzeugen. Einige wenige technische Kennzahlen machen die Module branchenweit vergleichbar.

 

In den meisten Fällen wurde versucht, angeblich erfolgversprechende Laborversuche in die industrielle Praxis zu übertragen. Derartige Unterfangen sind in der Regel sehr riskant, denn die Übertragbarkeit der im Labor angewendeten Verfahren in eine Serienproduktion ist meistens nicht gegeben. Was bleibt ist zunächst eine qualitative Betrachtung. Erst wenn mit einem definierten Verfahren das neue Produkt hergestellt wurde, kann eine quantitative Abschätzung der Kosten vorgenommen werden. 

 

Verblüffenderweise ergibt eine nähere Betrachtung, dass das Dünnschichtkonzept und die bisher angebotenen Solarmodule über keinen einzigen ökonomisch oder verfahrenstechnisch relevanten Vorteil verfügen. Im Gegenteil, es sind eklatante Nachteile festzustellen, die auch die Möglichkeiten der Weiterentwicklung und Kostenoptimierung einschränken. Eine weitere Analyse der Quellen gibt, dass die zumeist aus der Wissenschaft kommenden Protagonisten der unterschiedlichen Ansätze, über diese Nachteile auch durchaus im Bilde waren. Dennoch sind die Nachteile der Dünnschichtphotovoltaik im Vergleich mit dem waferbasierten Konzept offenbar systematisch verschwiegen worden. Teilweise ist sogar versucht worden, konzeptbedingte Nachteile fälschlicherweise als Vorteile darzustellen.

15.5.2013 / Letzte Änderung: 28.9.2013

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