In der Welt der erneuerbaren Energien spielt die Photovoltaik-Technologie eine immer wichtigere Rolle. Solarzellen, die Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln, sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Besonders interessant sind monokristalline Solarzellen, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer auszeichnen. In diesem Blogbeitrag widmen wir uns der Herstellung dieser faszinierenden Technologie und beleuchten den Prozess, der hinter monokristallinen Solarzellen steckt.
Aus was werden monokristalline Solarmodule hergestellt?
Monokristalline Solarzellen werden aus Silizium hergestellt, einem der häufigsten Elemente auf der Erde. Sie bestehen aus einem einzigen, durchgängigen Kristallgitter, das ihnen ihren Namen verleiht und ihnen besondere Eigenschaften verleiht. Der Herstellungsprozess beginnt mit der Gewinnung von hochreinem Silizium.
Herstellung von Reinstsilizium
Die Basis für monokristalline Solarzellen ist hochreines Silizium, das zunächst aus Siliziumdioxid wie Quarzsand gewonnen wird. Das Rohsilizium wird im so genannten Siemens-Verfahren durch Halogenierung und anschließende Reduktion von Siliziumtetrachlorid in Reinstsilizium umgewandelt. Es entsteht ein Silizium mit einer Reinheit von 99,9999 % oder mehr, das so genannte polykristalline Silizium.
Herstellung des Silizium-Einkristalls
Das polykristalline Silizium wird anschließend in einem speziellen Verfahren zu dem gewünschten Einkristall geschmolzen. Das gebräuchlichste Verfahren ist das Czochralski-Verfahren. Dabei wird das Silizium in einem Tiegel geschmolzen und ein Einkristallkeim, meist aus Silizium, in die Schmelze eingetaucht. Der Keim wird langsam herausgezogen und gedreht, wobei das Silizium erstarrt und die gewünschte einkristalline Struktur annimmt.
Schneiden des Silizium-Ingots
Der gezogene Silizium-Einkristall, auch Ingot genannt, wird anschließend in dünne Scheiben geschnitten. Dies geschieht in einem Präzisionsverfahren, bei dem Diamantdrahtsägen eingesetzt werden, um die dünnen Siliziumscheiben, auch Wafer genannt, mit einer Dicke von nur etwa 200 Mikrometern herzustellen.
Oberflächenbearbeitung und Dotierung
Die Siliziumwafer werden zunächst gereinigt, um Verunreinigungen und Rückstände aus dem Sägeprozess zu entfernen. Anschließend erfolgt die Dotierung der Wafer, bei der Fremdatome in das Silizium eingebracht werden, um die elektrischen Eigenschaften des Materials gezielt zu beeinflussen. Für die Herstellung monokristalliner Solarzellen werden in der Regel Phosphor (für die n-Dotierung) und Bor (für die p-Dotierung) verwendet, um eine p-n-Übergangsschicht zu erzeugen. Diese Schicht ist essentiell, um die elektrische Ladungstrennung zu ermöglichen, die für die Stromerzeugung notwendig ist.
Herstellung der Solarzelle
Nach der Dotierung werden die Vorder- und Rückseiten der Wafer mit leitfähigen Metallkontakten versehen. Meist handelt es sich dabei um eine Aluminiumrückseite und eine Silber- oder Nickelgitterstruktur auf der Vorderseite, die möglichst wenig der aktiven Zellfläche bedecken soll, um den Lichteinfall nicht zu beeinträchtigen.
Anschließend wird eine dünne Antireflexschicht, meist aus Siliziumnitrid oder Titandioxid, auf die Vorderseite aufgebracht. Diese Schicht sorgt dafür, dass möglichst viel einfallendes Licht in die Solarzelle gelangt und nicht durch Reflexion verloren geht.
Qualitätskontrolle und Modulmontage
Die fertigen monokristallinen Solarzellen werden nun auf ihre Qualität geprüft und anschließend zu Solarmodulen zusammengesetzt. Dabei werden die Solarzellen in der Regel durch Löten miteinander verbunden und durch eine Schutzschicht aus Glas oder Kunststoff sowie einen stabilen Trägerrahmen geschützt.
Die Herstellung monokristalliner Solarzellen ist ein komplexer und präziser Prozess, bei dem das allgegenwärtige Element Silizium in leistungsstarke und langlebige Photovoltaikmodule umgewandelt wird. Der Schlüssel zum Erfolg liegt in der einzigartigen kristallinen Struktur und den effizienten Herstellungsverfahren, die ständig weiterentwickelt werden, um noch bessere Solarzellen für die Zukunft zu ermöglichen.
Energieversum über den Wirkungsgrad von monokristallinen Solarzellen
Laut den Experten der Energieversum GmbH & Co. KG, einem der führenden Anbieter von Photovoltaiklösungen in Deutschland, bietet die monokristalline Technologie einige entscheidende Vorteile gegenüber anderen Solarmodultypen. In diesem Abschnitt fassen wir diese Vor- und Nachteile zusammen, um ein besseres Verständnis für die Attraktivität monokristalliner Solarzellen zu vermitteln.
Einer der Hauptvorteile monokristalliner Solarmodule ist ihr hoher Wirkungsgrad unter Standardbedingungen. Mit einem Wirkungsgrad von ca. 20 % und einer Leistung von ca. 400 W übertrifft diese Technologie ihre Konkurrenten deutlich. Dank ihrer hohen Qualität und Leistung benötigen monokristalline Module weniger Installationsfläche, was sie besonders für kleinere Dachflächen attraktiv macht. Energieversum betont, dass monokristalline Zellen daher ideal für Einfamilienhäuser geeignet sind. In ihrem Artikel über Photovoltaik für Einfamilienhäuser haben sie bereits diskutiert, wie viele Solarmodule für ein solches Haus benötigt werden.
Neben ihrem hohen Wirkungsgrad zeichnen sich monokristalline Module durch Robustheit, Langlebigkeit und geringen Wartungsaufwand aus. Sie sind weniger störanfällig und können über viele Jahre zuverlässig Strom produzieren.
Trotz der vielen Vorteile gibt es auch einige Nachteile beim Einsatz monokristalliner Solarzellen. Dazu gehört in erster Linie der höhere Preis im Vergleich zu polykristallinen oder Dünnschicht-Solarzellen. Die höheren Herstellungskosten monokristalliner Zellen sind auf den aufwändigen Herstellungsprozess und die Verwendung von hochreinem Silizium zurückzuführen.
Wenn Sie mehr über die wirtschaftlichen Aspekte der Photovoltaik und die Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen erfahren möchten, laden wir Sie ein, unseren Artikel zum Thema „Amortisationszeit von Photovoltaikanlagen“ zu lesen. Erfahren Sie, wie sich die Investition in eine Solaranlage für Sie lohnen kann und wie Sie damit einen Beitrag zu einer nachhaltigen Energieversorgung leisten können.