Solarzellen, auch Photovoltaikzellen genannt, sind das Herzstück der Solarenergieindustrie. Die Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie hat die Welt revolutioniert.
Doch wie werden diese bemerkenswerten Geräte hergestellt? Dieser Artikel taucht tief in den Herstellungsprozess von Solarzellen ein.
Aufbau einer Solarzelle
Um den Herstellungsprozess zu verstehen, muss erst klar sein, wie eine Solarzelle überhaupt aufgebaut ist.
Außerdem ist ein Verständnis der Funktionsweise von Solarzellen unerlässlich. Dafür sollte der photoelektrische Effekt klar sein.
1. Auswahl des richtigen Materials für Solarzellen
1.1 Warum Silizium als Hauptmaterial verwendet wird
Silizium hat sich als Hauptmaterial für Solarzellen etabliert, da es reichlich verfügbar und kostengünstig ist. Mit einer Kristallstruktur, die sich für die Photovoltaik eignet, ist es das zweithäufigste Element in der Erdkruste.
1.2 Verwendung anderer Materialien wie CdTe und CIGS
Neben Silizium gibt es auch Dünnschicht-Technologien, bei denen Materialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) verwendet werden. Diese Materialien ermöglichen dünnere und flexiblere Zellen, haben aber andere Effizienz- und Kostenprofile.
2. Der Weg von Sand zu Siliziumwafern
2.1 Wie Rohsilizium aus Quarzsand gewonnen wird
Quarzsand enthält Siliziumdioxid, aus dem durch Reduktion mit Kohlenstoff in einem Hochtemperaturofen metallisches Silizium gewonnen wird. Dieses Verfahren wird in großen Industrieöfen durchgeführt.
2.2 Reinigung von Rohsilizium zur Entfernung von Verunreinigungen
Das metallische Silizium wird in einem Verfahren namens Zonenschmelzen weiter gereinigt, bei dem Verunreinigungen entfernt werden. Dies ist entscheidend für die Qualität der Solarzellen.
2.3 So werden Siliziumkristalle aus geschmolzenem Silizium gezüchtet
Die gezüchteten Siliziumkristalle werden durch ein sorgfältiges Schmelz- und Abkühlungsverfahren hergestellt, bei dem einkristalline Stäbe gezogen werden.
2.4 Schneiden der Kristalle in dünne Scheiben, die als Wafer bezeichnet werden
Diese Stäbe werden dann in dünne Scheiben oder Wafers geschnitten, die die Basis für Solarzellen bilden. Die Präzision hier ist entscheidend für die Qualität der endgültigen Zelle.
3. Die Schritte zur Umwandlung von Wafern in Solarzellen
3.1 Dotierung: Wie die elektrischen Eigenschaften des Siliziums verändert werden
Die Dotierung von Silizium mit kleinen Mengen anderer Elemente wie Phosphor oder Bor steuert seine elektrischen Eigenschaften und schafft die p- und n-Schichten, die für die Funktion einer Solarzelle erforderlich sind.
3.2 Auftragen einer Antireflexschicht zur Minimierung von Lichtverlusten
Eine Antireflexschicht wird auf die Oberfläche aufgetragen, um die Menge an reflektiertem Sonnenlicht zu minimieren und so die Menge des absorbierten Lichts zu erhöhen.
3.3 Hinzufügen elektrischer Anschlüsse zur Integration in einen Stromkreis
Die elektrischen Kontakte werden hinzugefügt, um die erzeugte Energie abzuleiten und die Solarzelle in ein Modul oder System zu integrieren.
4. Montage des Solarmoduls: Vom Einzelteil zur Einheit
4.1 Verbinden einzelner Solarzellen zu einem funktionalen Modul
Die Solarzellen werden sorgfältig miteinander verbunden, oft in einer 6×10- oder 6×12-Matrix, um ein Modul zu bilden.
4.2 Einkapseln der Zellen zum Schutz vor Umwelteinflüssen
Die Zellen werden in Kunststoff oder Glas eingeschlossen, um sie vor den Elementen zu schützen, und das Ganze wird in einem Aluminiumrahmen montiert.
4.3 Hinzufügen der elektrischen Anschlüsse und Dioden für Funktionalität
Anschlüsse und Dioden werden hinzugefügt, um die Module in ein Stromnetz integrieren zu können, und es werden Tests durchgeführt, um die ordnungsgemäße Funktionsweise sicherzustellen.
5. Gewährleistung von Qualität und Leistung
5.1 Visuelle Inspektion zur Erkennung von Defekten
Jede Solarzelle wird visuell auf Defekte überprüft, um die Qualität sicherzustellen.
5.2 Durchführung von Leistungstests
Zur Überprüfung der Energieerzeugung werden die Solarzellen auf ihre Leistungsfähigkeit und Effizienz getestet.
5.3 Alterungstests zur Beurteilung der langfristigen Zuverlässigkeit
Langzeitbelastungstests werden durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Zellen im Laufe der Zeit nicht abgebaut werden.
Fazit
Die Herstellung von Solarzellen ist ein komplexer Prozess, der ständig weiterentwickelt wird, um die Effizienz zu steigern und die Kosten zu senken. Die Fähigkeit, Sonnenlicht direkt in elektrische Energie umzuwandeln, bietet ein enormes Potenzial für die nachhaltige Energiezukunft.