Auch bei der Dünnschichttechnik herrscht reger Wettbewerb. Das größte Wirkungsgradpotenzial wird CIS-Zellen zugesprochen. Die Abkürzung steht für halbleitende Verbindungen aus Kupfer, Indium, Gallium, Selen oder Schwefel. Das National Renewable Energy Laboratory der USA erreichte damit eine Effizienz von 20,3 Prozent. Allerdings sind industriell gefertigte Zellen hiervon noch weit entfernt, und bei den Produktionskosten haben sie sich noch nicht von der kristallinen Konkurrenz abgesetzt. „Für CIS existieren einfach noch zu kleine Produktionseinheiten. Erst wenn die Massenproduktion läuft, werden die Kosten sinken", sagt EU-Energieexperte Arnulf Jäger-Waldau. Dünnschichtmodule aus Cadmium-Tellurid sind weiter entwickelt. Die US-Firma First Solar fertigt sie bereits für 0,60 Euro pro Watt. Die wenigsten Hersteller produzieren Module schon für weniger als ein Euro pro Watt.

Nanozellen sind ebenfalls eine Option für die PV. Dabei wandeln winzige Kunststoff- oder Farbstoffpartikel Licht in Energie um. Heliatek aus Dresden zum Beispiel hat ein Verfahren entwickelt, bei dem Farbstoffmoleküle im Vakuum großflächig auf Plastikfolie aufgedampft werden. Da dabei nur wenig Material und Energie benötigt werden, sinken die Produktionskosten. Die Sachsen streben 0,40 Euro pro Watt an und würden damit weit unter den Kosten konventioneller Solarmodule liegen. Die große Schwäche der Nanozellen ist jedoch, dass sie schnell an Leistung verlieren, weil die als Halbleiter eingesetzten Polymere und Farbstoffe schnell degenerieren. Doch wegen der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten arbeiten Forscher eifrig daran, ihre Haltbarkeit zu verbessern. So lassen sich die schlanken Stromgeneratoren dank ihres geringen Gewichts und ihrer Flexibilität gut als stromerzeugende Glasfassaden oder Fenster in Gebäude integrieren. Experten sprechen dem Marktsegment der Gebäudeintegration großes Wachstumspotenzial zu. Den Maschinen- und Anlagenbauern bietet die Nano-PV ein neues Betätigungsfeld. Unternehmen wie Centrotherm, Leybold Optics oder Von Ardenne, die Ihre Innovationen zur solarpeq vorstellen werden, beliefern bereits Dünnschicht-Produzenten oder Hersteller organischer Leuchtdioden (OLED) mit Beschichtungsanlagen. Diese Maschinen werden verstärkt auch die Hersteller von organischen oder Farbstoffzellen nachfragen. Zur glasstec wird es im Rahmen der Sonderschau glass technology live Beispiele für ästhetische fassadenintegrierte Photovoltaik bzw. Multifunktionsfassaden zu sehen geben.

Silizium weiter dominierend
Trotz des großen Entwicklungspotenzials von Dünnschicht & Co. glaubt Stefan Glunz, Leiter der Abteilung Entwicklung von Siliziumsolarzellen am ISE, an die Zukunft der Siliziumzellen, da ihre Langzeitstabilität außer Frage stehe und sich ihre Effizienz bereits mit geringem Aufwand verbessern lasse. Wirkungsgradsteigerungen von einem Prozent sind etwa zu erreichen, indem bessere Antireflexionsschichten mehr Strahlung nutzbar machen und neue sogenannte Passivierschichten Ladungsträgerverlusten an der Kristalloberfläche entgegenwirken. Auch neue Methoden zur Herstellung von Zellenkontakten helfen weiter. Heute werden Frontkontakte meist durch Siebdruck von Metallpasten produziert. Die so hergestellten breiten Kontaktfinger behindern den Lichteinfall und haben hohe Widerstände. Zudem treten beim Druck große Kräfte auf, dem nur dickere Zellen trotzen können. Das ISE entwickelt deshalb Metallisierungsprozesse, die ohne Siebdruck auskommen. „Wir setzen dabei auf die chemische Abscheidung von Metallen oder das kontaktlose Drucken von Metallaerosolen", sagt Glunz.

Weitere Effizienzgewinne verspricht „N-Typ"-Silizium, ein mit Bor angereicherter, positiv leitender Absorber. Diese spezielle Siliziumvariante hat besonders gute elektrische Eigenschaften, ist wegen des reaktionsfreudigen Bor in der Produktion jedoch schwer handhabbar. So ist eine optimale Passivierung von N-Typ-Zellen mit gängigen Barriereschichten nicht zu erreichen. Der chinesische PV-Konzern Yingli Solar hat in Kooperation mit dem Energieforschungszentrum der Niederlande (ECN) und dem US-Anlagenbauer Amtech Systems nun einen industrietauglichen Prozess für die N-Typ-Zelle gefunden. Die Module, die Yingli vom Herbst 2010 an aus den neuen Lichtsammlern fertigen will, sollen bis zu 16,5 Prozent des Lichts in Energie umwandeln und mit 190 bis 315 Watt locker so viel Leistung wie gute Paneele westlicher Produzenten bringen.

Eine Alternative dazu könnten sogenannte „Metallization Wrap Through"-Zellen (MWT) sein. Dabei werden die für die Verschaltung im Modul nötigen Stromsammelschienen auf die Rückseite der Zellen verlegt und über 16 in den Wafer gebohrte Löcher mit den Metallkontakten auf der Frontseite verbunden. Durch dieses Durchfädeln der Metallisierung verringert sich der Schattenwurf. Damit ist MWT gewissermaßen die leichter umzusetzende Vorstufe der von Sunpower gefertigten Rückseitensammler, denn im Gegensatz dazu bleiben die Kontakte auf der Vorderseite. Nichtsdestotrotz lässt sich durch diese „einfache" Maßnahme die Effizienz deutlich steigern. Das ECN und der norwegische PV-Konzern REC erreichten im Dezember 2009 mit Modulen aus sogenannten MWT-Zellen aus multikristallinem Silizium 17 Prozent Wirkungsgrad. Die Kooperative übertraf damit den bis dahin von den Sandia National Laboratories in den USA gehaltenen Wirkungsgradrekord für MWT-Zellen um 1,5 Prozentpunkte. Selbst mit dem Standardhalbleiter sind damit inzwischen Effizienzen möglich, die bisher nur mit teuren Hocheffizienzzellen erreicht wurden.

Welche Optimierungsmöglichkeiten die PV-Hersteller auch immer nutzen, letztendlich entscheiden innovative Produktionsverfahren über konkurrenzfähige Herstellungskosten. Hier profitiert die PV-Branche unter anderem von dem Spezialwissen der Unternehmen aus der Glasbranche mit Ihrer Erfahrung im Bedampfen, Bedrucken, Laminieren oder der Neuentwicklung von Spezialgläsern. Zur glasstec und solarpeq kommen in Düsseldorf beide Branchen erstmals in dieser Form zusammen - eine gute Basis für mehr Wirkungsgrad in der Zukunft.

Quelle: Solarpeq, www.solarpeq.de