Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen

Dünnschichtzellen sind eine Bauform von photovoltaischen Zellen, welche Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umwandeln. Sie sind billiger in der Herstellung, haben jedoch einen niedrigeren Wirkungsgrad als kristalline Solarzellen. Dünschichtmodule werden an einem Stück produziert.

Aufbau einer Dünnschichtzelle

Als Grundmaterial für Dünnschichtsolarzellen werden unterschiedliche Halbleitermaterialien wie amorphes Silizium (a-Si), Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer-Indium-Diselenid (CIS) eingesetzt. Das Material wird auf ein Trägermaterial wie Glas, Metall oder Kunststoff aufgebracht. Je nach Hersteller sind die Halbleiterschichten lediglich 1 bis 2 μm dick. Der Produktionsprozess von Dünnschichtsolarzellen ist verhältnismäßig unkompliziert und es lassen sich leicht große Mengen im industriellen Maßstab fertigen. Dadurch sind Dünnschichtzellen günstiger und leichter verfügbar, als etwa kristalline Solarzellen (Dickschichtzellen).

Eigenschaften von Dünnschichtzellen

Dünnschichtsolarzellen sind je nach Trägermaterial äußerst flexibel und lassen sich je nach Bauform sogar rollen und falten. Prinzipiell lassen sich so beliebige Formen verwirklichen. Dünnschichtzellen werden unter anderem auch als Solar-Dachbahnen angeboten, welche Abdichtung und Solarenergiegewinnung in sich vereinen.
Aufgrund der dünnen Bauweise sind Dünnschichtzellen jedoch empfindlicher und degradieren schneller. Dadurch verlieren sie im Laufe der Jahre etwas schneller an Leistung, als Dickschichtzellen.

  • a-Si-Solarzellen
  • Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium (a-Si) lassen sich verhältnismäßig leicht in großen Flächen produzieren. Silizium ist billig und in praktisch unerschöpflichen Mengen vorhanden.
    Allerdings verfügen Solarzellen aus amorphem Silizium lediglich über einen Wirkungsgrad zwischen 5 bis 7%, im Vergleich zu den 16 bis 20 % von kristallinen Solarzellen. Dies kann zum Teil damit ausgeglichen werden, indem man die Solarmodule als Tandem- oder Tripelzellen verwirklicht. Dadurch lässt sich sowohl der Wirkungsgrad steigern, als auch das Degradationsproblem verringern.

  • CIS /CIGS – Solarzellen
  • Dünnschichtsolarzellen lassen sich auch mittels CIS (Kupfer-Indium-Disulfid) bzw. CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid) verwirklichen. Zwar ist der Produktionsprozess bei CIGS-Solarzellen kaum aufwendiger als bei Zellen aus amorphem Silizium, jedoch wird für CIGS-Zellen das äußerste seltene Indium benötigt. Aufgrund des problematischen Bedarfs von Indium konnten sich Solarzellen aus CIS oder CIGS auf den Markt noch nicht durchsetzten.

  • CdTe-Solarzellen
  • Solarzellen aus CdTe sind noch preiswerter als Silizium-Zellen, aber nicht so leistungsfähig. Es lässt sich ein Wirkungsgrad von lediglich 10 % verwirklichen. Dennoch konnten sich CdTe-Solarzellen über den geringeren Preis einen erheblichen Marktanteil sichern.

    Vorteile
    • 1/100 so dick wie kristalline Solarzellen
    • Je nach Trägermaterial äußert flexibel und formbar
    • Günstig in der Herstellung
    • Gute Leistungsfähigkeit auch bei schlechten Lichtverhältnissen (Verschattungen) und hohen Temperaturen
    • Die Solarzelle verläuft als Streifen über das ganze Modul.

      Nachteile
    • Geringerer Wirkungsgrad als vergleichbare Solarzellen-Typen
    • Hoher Degradierungsgrad und daher kürzere Leistungsgarantie