WiWo App 1 Monat für nur 0,99 €
Anzeigen

Fotovoltaik Dünnschichtzellen als neue Solarstrom-Generation

Hersteller in aller Welt arbeiten an der nächsten Fotovoltaikgeneration. Die neue Technik soll Solarstrom billiger machen.

  • Artikel teilen per:
  • Artikel teilen per:
Dünnschichtzellen: Strom spendende Fassaden werden attraktiver Quelle: Ferdinand-Braun-Institut

Strom produzierende Autokarosserien, zu Energiespendern mutierte Fassaden oder transparente Zellen auf Fensterscheiben – all das soll in naher Zukunft marktreif sein. Möglich machen das die jüngsten Vertreter der weitverzweigten Fotovoltaikfamilie: hauchdünne organische Solarzellen.

Die neue Spezies besteht aus mehreren Kunststoffschichten, die eine Art Tintenstrahldrucker aufträgt. In ihrer schlanksten Version sind die Zellen sogar durchsichtig. Zwar steckt die Technik bei der Energieausbeute noch im frühen Forschungsstadium. Doch nach Ansicht vieler Experten gehört den organischen Stromerzeugern, die der dritten Generation zuzurechnen sind, die Zukunft, weil sie einfach und billig herzustellen sind.

Damit verschärft sich die Konkurrenz für die derzeit noch dominierenden Zellen der ersten Generation, die aus kristallinem Silizium bestehen. Sie stehen schon jetzt unter Druck der zweiten Technikgeneration, sogenannten Dünnschichtzellen. Die enthalten bestenfalls noch hauchdünne Schichten des Materials – oder kommen ganz ohne Silizium aus. Noch liegt der Marktanteil der Dünnschichtzellen weltweit bei rund 17 Prozent. Doch schon 2012 soll er knapp 30 Prozent erreichen, so die Prognose des Bonner Marktforschungsinstituts EuPD Research.

Größte Hürde ist geringer Wirkungsgrad

Größte Hürde für die neuen Solarstromspender der zweiten und dritten Generation ist ihr – noch – geringerer Wirkungsgrad. Während die besten Siliziumzellen bereits mehr als 20 Prozent des einfallenden Lichts in Strom umwandeln können, erreicht die Energieausbeute der Dünnschichtzellen bisher maximal 14 Prozent. Noch größer ist der Nachholbedarf der organischen Zellen. Den Weltrekord erzielte kürzlich das junge Dresdner Unternehmen Heliatek: Exakt 6,07 Prozent Wirkungsgrad schafft dessen jüngste organische Solarzelle – mehr als alle Produkte der Konkurrenz.

Die Hoffnungen in die neue Technik sind riesig. Kein Wunder, dass sich dort bereits Großunternehmen engagieren: Heliatek wird zu einem Gutteil von dem Ludwigshafener Chemieriesen BASF und Bosch finanziert. Der Stuttgarter Automobilzulieferer, der seine Fotovoltaikaktivitäten gerade in einem neuen Geschäftsbereich namens Bosch Solar Energy gebündelt hat, gehört damit zu den Fotovoltaiktrendsettern. 2008 übernahmen die Stuttgarter zudem das Unternehmen Ersol, das vor allem Zellen aus kristallinem Silizium produziert.

Mit Heliatek und Ersol besitzt Bosch damit Standbeine in einer Zukunfts- und einer etablierten Solarzellentechnik. Jetzt engagiert sich der Automobilzulieferer auch noch in der Dünnschichttechnologie. Er will mindestens 75 Prozent an den Unternehmen Johanna Solar und Aleo erwerben, die darauf spezialisiert sind.

Dünnschichtzellen werden wie Wärmeschutzglas in großen Vakuumkammern hergestellt, in denen die Materialien, die Licht in Strom verwandeln, einfach aufgedampft werden. Derartige Anlagen werden in Großserie vor allem von der Schweizer Oerlikon Solar und dem US-Unternehmen Applied Materials hergestellt.

Zudem ist der Energieverbrauch zur Herstellung von Dünnschichtzellen erheblich geringer als bei der Silizium-Konkurrenz. Deren Ausgangsmaterial muss zunächst auf 1400 Grad Celsius erhitzt werden, um es in Blöcke zu gießen. Und auch die daraus geschnittenen Scheiben (Wafer) müssen während der Zellenherstellung noch mehrmals stark erhitzt werden. Um die Energie zu erzeugen, die ihre Herstellung benötigt hat, brauchen Sili-ziumzellen zwei Jahre. Dünnschichtzellen schaffen das in nur einem Jahr.

Grafik: Marktanteil Dünnschichtmodule

Das wichtigste Argument für die Dünnschichttechnik aber ist der Preis: 2008 lagen die Produktionskosten der neuen Zellen laut EuPD Research im günstigsten Fall bei 80 Cent pro Watt. Die Herstellung von Siliziumzellen kostete doppelt so viel.

Mit Abstand größter Anbieter ist das US-Unternehmen First Solar, das außer in den USA in Malaysia und Frankfurt an der Oder produziert. Es setzt auf ein Halbleitermaterial, das das hochgiftige Cadmium sowie Tellurid enthält. Derartige Zellen tragen das Kürzel CdTe. Deren Herstellung ist beinahe konkurrenzlos billig. First Solar erzielte im ersten Quartal 2009 nach eigenen Angaben die geringsten Produktionskosten in der Branche – etwa 60 US-Cent pro Watt.

Die deutschen Hersteller, vor allem Sulfurcell und Würth Solar, wollen den Markt der Dünnschichttechnik nicht verloren geben. Zu den ehrgeizigsten Herstellern zählt Malibu, ein Joint Venture des Fensterherstellers Schüco aus Bielefeld und des Düsseldorfer Stromriesen E.On. In Osterweddingen bei Magdeburg nahmen sie kürzlich eine Fabrik mit einer Fertigungskapazität für 40 Megawatt Spitzenleistung pro Jahr in Betrieb.

Welche Dünnschichttechnik sich durchsetzt, kann niemand sagen

Malibus Zellen entstehen durch Bedampfen einer Trägerschicht mit Silizium. Das spart mehr als 90 Prozent des teuren Materials ein. Der Wirkungsgrad ist mit weniger als acht Prozent noch schwach. Mit Tandemzellen, die am Forschungsinstitut Jülich entwickelt wurden, kann Malibu allerdings den Sprung über die Zehn-Prozent-Marke schaffen. Sie produzieren Strom in gleich zwei übereinanderliegenden Schichten.

Welche Dünnschichttechnik sich durchsetzt, kann derzeit niemand sagen. Angesichts der vielen neuen Verfahren bemühen sich vor allem die Großen der Branche um Diversifizierung und bauen Standbeine im Dünnschichtbereich auf. Weltmarktführer Q-Cells ist mit gleich vier Dünnschichttöchtern am aktivsten.

Doch der Wettbewerb ist hart. Weltweit arbeiten rund 160 Unternehmen an neuen Dünnschicht-Produktionsmethoden. Die meisten sind noch im Versuchsstadium. Nanosolar hat das gerade überwunden: Vor wenigen Tagen nahmen die Amerikaner im brandenburgischen Luckenwalde eine Fabrik in Betrieb, in der aus flexiblen, in den USA produzierten Dünnschichtzellen Module hergestellt werden. Die Jahreskapazität beträgt 640 Megawatt. Die Zellen werden, wie die von Heliatek, mit einer Art Tintenstrahl-drucker hergestellt. Nanosolar-Chef Martin Roscheisen glaubt, dass er mit seiner Technik die Produktionskosten noch einmal drastisch senken kann.

Auch Schott versucht sich in dem Feld. Ähnlich wie Bosch ist das Unternehmen relativ spät und vor allem per Zukauf ins Solarzeitalter gestartet. Doch nun deckt der Glasspezialist mit seiner Tochter Schott Solar das gesamte Solarspektrum ab. Das Unternehmen fertigt bereits Silizium- und in steigendem Maß Dünnschichtzellen. Hatten die von Schott produzierten Dünnen 2008 noch eine Spitzenleistung von wenig mehr als zehn Megawatt, sollen es in wenigen Jahren bereits 100 Megawatt sein. Was für Martin Heming, Geschäftsführer von Schott Solar, völlig logisch ist: „Der Markt für Dünnschichtmodule wächst schließlich überdurchschnittlich.“

© Handelsblatt GmbH – Alle Rechte vorbehalten. Nutzungsrechte erwerben?
Zur Startseite
-0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%