Im Blickpunkt

Solarzellen: dünn und trotzdem zuverlässig

SiThinSolar-Symposium widmet sich Technologien der Solarzellenfertigung, die Materialeinsparung bei steigender Effizienz ermöglichen sollen

Im Rahmen des Inno-Profile-Vorhabens SiThinSolar beschäftigte sich ein internationales Symposium am 5. und 6. November 2007 in Halle (Saale) unter dem Titel "Mechanical Issues in Manufacturing & Applications of Solar Cells and Modules" mit werkstoffmechanischen Fragestellungen der siliziumbasierten  Photovoltaik. Die Forschergruppe stellte erste eigene Ergebnisse vor. Darüber hinaus wurde in 20 Beiträgen aus Industrie, Forschungseinrichtungen und Universitäten die gegenwärtig wichtigste Herausforderung der Branche diskutiert: Wie können siliziumbasierte Solarzellen und -module effizienter, zuverlässiger und wirtschaftlicher hergestellt werden? Die Redner kamen unter anderem von Q-Cells, Schott Solar, PV Crystalox, MIT (USA), IMEC (Belgien) und ECN (Niederlande).

Prof. Dr. Ralf B. Wehrspohn, Leiter des Fraunhofer-Instituts
für Werkstoffmechanik IWM, begrüßt die Teilnehmer des Symposiums.

Die mechanischen Eigenschaften von Solarzellen und Modulen sind bislang in der Forschung stiefmütterlich behandelt worden,  in der Fertigung aber ist das Thema hochaktuell.  Der anhaltende Trend, den Materialeinsatz aus Kostengründen zu reduzieren, stellt die Entwickler vor große Herausforderungen. Solarzellen sollen möglichst dünn aus dem Fertigungsprozess hervorgehen, dabei aber noch haltbarer und zuverlässiger werden. Sie sollen sowohl der mechanischen Beanspruchung während der Produktion als auch den Umweltbedingungen im Einsatz über einen langen Zeitraum ohne Ausfälle standhalten.

Prof. Dr. Gerhard Willeke vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg wagte einen Blick in die Zukunft. Er hält eine Effizienzsteigerung bei der Solarzelle von ca. 20% bei gleichzeitiger Reduzierung der Wafer-Dicke auf unter 50 Mikrometer in den kommenden Jahren für möglich. Insgesamt rechnet er bis zum Jahr 2015 mit einer Kostenreduzierung bei Produktion und Einsatz der Solarzellen um bis zu 40%. Unter diesen Voraussetzungen sei ein Strompreis aus Solarenergie von 25 Cent pro Kilowattstunde realistisch.

Um dünnere und leistungsfähigere Solarzellen zu produzieren, müssen zunächst genaueste Kenntnisse über Material- und Struktureigenschaften der siliziumbasierten Wafer gewonnen werden. Besonders wichtig sind hierbei Faktoren, die die Festigkeit der Siliziumscheiben beeinflussen. Grundlegende materialwissenschaftliche Erkenntnisse und ein enger Kontakt zwischen Forschern und Anwendern sind die Voraussetzung für wichtige technologische Weiterentwicklungen.

Erstaunliche Einblicke in die Kristallstruktur von Siliziumscheiben gab Prof. Tonio Buonassisi vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Mit Hilfe neuester Mikroskop- und Kameratechnik entwickelten die Forscher in Cambridge/USA eine innovative Technologie, mit der optische und mechanische Einflüsse auf die Oberfläche der Siliziumscheiben in Echtzeit dokumentiert und gemessen werden können.

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Halle (Saale), einer der Veranstalter des Symposiums, treibt gemeinsam mit der Martin-Luther-Universität sowie der Landesregierung Sachsen-Anhalt das Projekt "Solar Valley" voran. In dieses in Halle geplante Cluster der Solarbranche investieren die EU, das Land und die Fraunhofer-Gesellschaft insgesamt rund 60 Millionen Euro. Intensiv ist dabei die Zusammenarbeit mit den Unternehmen der Region; Q-Cells beispielsweise wird eine Stiftungsprofessur an der Martin-Luther-Universität finanzieren.