Silizium (Si) ist aus der Halbleiterindustrie das am besten erforschte und eines der saubersten Materialien der Welt.

Amorphe Dünnschichtmodule (a-Si)

Amorphes (gestaltloses) Silizium bildet keine regelmässige Kristallstruktur, sondern ein ungeordnetes Netzwerk. Silizium ist - nach Sauerstoff - das zweithäufiste chemische Element der Erde und daher völlig unbedenklich. So besteht Sand zum überwiegenden Teil aus Si.

Eine amorphe Siliziumzelle wird mit unterschiedlichen Stoffen in Teilbereichen p- und n-dotiert, so dass ein elektrisches Feld entsteht. Dieses bewirkt, dass die durch das Licht induzierten freien Elektronen in Richtung des elektrischen Oberflächenkontakts dirigiert werden.

Rückseitenkontakt  (ZnO) n-Schicht i-Schicht (a-Si) p-Schicht Vorderseitenkontakt (SnO2) Glas

Um sicherzustellen, dass viele Elektronen während ihrer kurzen Lebensdauer die Zelloberfläche erreichen, müssen viele Elektronen erzeugt werden - also die amorphe Solarzelle sehr dünn sein: 0,3 bis 0,5 μm garantieren aber schon die langfristige Stabilität der Zelle und verhindern die lichtinduzierte Alterung (Staebler-Wronski-Effekt).

Amorphe Silizium-Solarzellen werden hauptsächlich auf modifizierten Maschinen hergestellt, mit denen auch Flachbildschirme und LCD-Displays beschichtet werden und beim Einsatz dieser Solarmodule ist auch auf die Umweltverträglichkeit aller in der Produktionskette verwendeten Materialien zu achten.

Amorphe Silizium Solarmodule haben von verschiedenen Herstellern bereits knapp 20 Jahre Felderfahrung, eine nennenswerte Alterung der Solarmodule ist nicht festzustellen. Andere Trägermaterialien als Glas haben im Verbund mit Solarzellen aus Silizium ihre Langlebigkeit leider noch nicht erwiesen.

 

Mikromorphe Dünnschichtmodule (a-Si, μc-Si)

Die Mikromorphe Technologie kombiniert die Vorteile der amorphen Technologie (grossflächige Herstellung direkt auf Glas, monolithischer Aufbau) mit den Vorteilen der traditionellen Wafer-basierenden Technologie, namentlich Unempfindlichkeit, Langlebigkeit, hohe Wirkungsgrade und Umweltfreundlichkeit.

Über eine amorphe Schicht wird eine ca. 1,2 bis 2 μm dünne mikrokristalline Schicht (μc-Si)  abgeschieden, die in ihrem Aufbau in etwa dem multikristallienen Silizium (aus der Wafer-basierenden Technologie) entspricht.
Der Wirkungsgrad des Tandem-Solarmoduls kann hierdurch gesteigert werden, da die beiden Solarzellen unterschiedliche optische Eigenschaften haben: Infolge der unterschiedlichen Bandlücken von 1,8 eV für amorphes und 1,1 eV für mikrokristallines Silizium, sprechen die Elektronen auf unterschiedliche Wellenlängenbereiche des Sonnenspektrums an.

Hierdurch werden heute schon gute mikromorphe Si-Tandemmodule mit Wirkungsgraden von über 9% hergestellt. In der Industrie erwarten wir innerhalb der kommenden Jahre 11 bis 12 %, mittelfristig möglicherweise sogar 14% Wirkungsgrad in der Massenproduktion - bei sinkenden Kosten pro Wp.

Auch Mikromorphe Silizium-Solarzellen werden hauptsächlich auf modifizierten Maschinen hergestellt, mit denen auch Flachbildschirme und LCD-Displays beschichtet werden. Beim Einsatz dieser Solarmodule ist auch auf die Umweltverträglichkeit aller in der Produktionskette verwendeten Materialien zu achten.

So setzt die Photovoltaikbranche die meisten Erwartungen in Dünnschichtmodule auf Siliziumbasis.