Typologie industrieller Herstellungsverfahren

Die Betrachtung der Vor- und Nachteile der verschiedenen Herstellungsverfahren für Solarmodule führt zu einer Typologie, die als hierarchische Ordnung dargestellt werden kann. Insbesondere wird hier auf die genannten Nachteile der CIS-Dünnschichtphotovoltaik verwiesen.

Exemplarisch werden in der Ansicht auch einige Vertreter der jeweiligen Technologieklassen genannt.

Je weiter man sich in der Ansicht nach rechts und unten bewegt, umso mehr Nachteile addieren sich auf. Soltecture hatte sich ausgerechnet auf einen Ansatz der Klasse 2.2.2.2 konzentriert, der alle Nachteile in sich vereint. Aber nicht nur das, die Firma erhielt außerdem Fördermittel für 4 weitere Technologien, darunter eine weitere Variante der ungünstigsten Klasse. Für die Entwicklung dieser "HT-CIGS" - Technologie erhielt Soltecture sogar bis 2011 Bundesmittel des BMU.

Erstes Kriterium zur Unterscheidung der Technologien ist die monolithische Bauweise der Dünnschichtmodule (2.), die sehr nachteilig ist. Die Verfahren sind nicht auf größere Flächen übertragbar, andererseits gibt es zahlreiche Ansatzpunkte, um die einzelnen Schritte der waferbasierten Herstellung weiter zu optimieren (1.).

Im Fall von waferbasierten Verfahren werden verschiedene Technologien unterschieden, um höhere Wirkungsgrade zu erzielen. Ein Hauptmerkmal ist die Verwendung monokristalliner (1.1) oder multikristalliner (1.2) Wafer.

Die von First Solar eingesetzte Cadmiumtelluridtechnologie (2.1) ist mit den CIS-Technologien eng verwandt, zeichnet sich jedoch durch eine vergleichsweise einfache Kristallstruktur aus, die nur aus zwei Elementen, Cadmium und Tellur, besteht. Dagegen sind die Prozesse der CIS-Technologien (2.2) erheblich komplexer und schwerer zu kontrollieren. Weitere Alternativen, wie Siliziumdünnschichttechnologien, sind bisher nicht eingehend betrachtet worden und sollen hier zunächst ausgeklammert werden.

CIS-Dünnschichtverfahren können weiter in Koverdampfungs- (2.2.1) oder sequentielle Verfahren (2.2.2) untergliedert werden. Bei Koverdampfungsverfahren werden die eingesetzten Elemente der lichtabsorbierenden Schicht in einem Schritt auf den Glasträger aufgebracht und zur Reaktion gebracht. Bei der sequentiellen Vorgehensweise werden die Elemente nacheinander auf das Glas aufgebracht.

Koverdampfungsverfahren scheinen den Vorteil von etwas höheren Wirkungsgraden zu haben. Der Prozess ist leichter zu kontrollieren, andererseits sind die notwendigen Anlagen deutlich aufwändiger und teurer als bei der sequentiellen Vorgehensweise.  Ein Pionier des CIS-Dünnschichtbereichs war die Firma Würth Solar, die erste Module 2001 vermarktet hat.

Schließlich scheint die Verwendung von Schwefel ein entscheidendes Merkmal zu sein (2.2.2.1 und 2.2.2.2). Zusätzlich zu der ohnehin mangelhaften Dauerhaltbarkeit von CIS-Modulen führt Schwefel zumindest in manchen Fällen zu einer weiteren Verschlechterung der Dauerhaltbarkeit.

Die Firma Centrotherm hat versucht eine sequentielle Technologie zu entwickeln und eine entsprechende Fertigungslinie zu vermarkten, ist damit jedoch gescheitert.

Soltecture hat seit 2001 die sequentielle Vorgehensweise favorisiert und eine Technologie unter Verwendung von Kupfer, Indium und Schwefel entwickelt. Außerdem wurde seit 2007 angeblich an 4 weiteren Technologien gearbeitet.

18.5.2013 / Letzte Änderung: 5.8.2013