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Herstellung von Solarzellen : Laser statt Lithographie

Der Laser wird auf den kleinen Punkt Mitte rechts umgelenkt Bild: ipv

Forscher der Uni Stuttgart haben ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich hochwertige Solarzellen zu deutlich niedrigeren Kosten herstellen lassen. Kern des neuen Verfahrens ist der Einsatz einer Lasertechnik.

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          Um die deutsche Solarindustrie ist es nicht zum Besten bestellt. Das meiste dessen, was hierzulande verbaut wird, kommt aus Fernost, wo die Hersteller zu günstigen Preisen und mit staatlicher Unterstützung Massenware produzieren.

          Lukas Weber
          Redakteur im Ressort „Technik und Motor“.

          Aber es gibt Hoffnung. Das Institut für Photovoltaik (ipv) der Universität Stuttgart hat ein neues Verfahren entwickelt, mit dem sich hochwertige Solarzellen zu deutlich niedrigeren Kosten herstellen lassen. Die Technik sei marktreif entwickelt, sagt Jürgen Werner, der Leiter des Instituts. „Jetzt brauchen wir nur noch einen Investor mit Marktzugang.“ Eine Massenproduktion nach dem Stuttgarter Verfahren könnte in etwa zwei Jahren starten, wenn die Produktionsanlagen umgestellt sind.

          Kern des neuen Verfahrens ist der Einsatz einer Lasertechnik, durch die bisher benötigte aufwendige Produktionsschritte entfallen. Dabei geht es um das Aufbringen der Kontakte auf der Rückseite der Siliziumzellen. In der konventionellen Produktion wird die Oberfläche maskiert, und die Strukturen zum Beispiel für Kontaktbahnen werden an den dafür vorgesehenen Stellen hineingeätzt. Das funktioniert wie beim Siebdruck für das Aufbringen von Farbe. Dazu muss eine Schutzschicht überall aufgebracht werden. Dann macht man Löcher hinein. Wo diese Löcher sind, kann über einen Lithographieschritt definiert werden - also Photolack aufbringen, lokal belichten und entwickeln. Dabei löst sich der Photolack am belichteten Bereich ab. Die Löcher werden dann an den Stellen ohne Photolack geätzt.

          „Wir schneiden mit dem Laser das Silizium auf, und die Stoffe diffundieren ein“, erklärt Werner. Überall werden Bor und Phosphor aufgebracht, dann mit dem Laser geschmolzen, strukturiert oder wieder weggebrannt, wo sie nicht gebraucht werden. Das Verfahren sei verblüffend einfach - wenn man weiß, wie es geht. Und es ist schnell. Obwohl der Laser nur einige tausendstel Millimeter schmal ist, wird er so schnell über die Oberfläche gerastert, dass er für eine Zelle weniger als zwei Sekunden braucht. Die Maschinen dazu sind auch kein Geheimnis und verfügbar, die Deutschen seien in der Lasertechnik ohnehin führend, sagt Werner. Angst, dass die kopierfreudigen Asiaten das im Institut entwickelte Verfahren abkupfern könnten, hat er trotzdem nicht. Das erste Patent geht auf das Jahr 2004 zurück, seitdem wurde weitergeforscht. „Das Silizium muss nach dem Schmelzen wieder aufwachsen“, sagt Werner. Es beim Einbrennen nicht zu beschädigen, das sei die Kunst.

          Die mit diesem neuen Verfahren hergestellten monokristallinen Zellen erreichen einen Wirkungsgrad von mehr als 23 Prozent. Sie liegen damit im Premiumsegment an der Spitze. Vergleichbare Produkte bekannter Hersteller werden zu Kosten von gut 70 Cent je Watt Peak hergestellt, sie sind zu Preisen von etwa 100 Cent je Watt Peak im Handel. Ein Großteil der montierten Solaranlagen ist jedoch mit polykristallinen Zellen ausgerüstet. Die daraus hergestellten Module erreichen zwar nur einen Wirkungsgrad von etwa 16 Prozent, sie sind aber aus fernöstlicher Produktion schon für rund 45 bis 60 Cent je Watt Peak zu kaufen. Für Interessenten hat das Institut ein Business-Modell entwickelt. Demnach könnte ein deutscher Hersteller mit dem neuen Verfahren zu Kosten von 49 Cent je Watt Peak produzieren. Das ist zwar immer noch etwas teurer als die Billigkonkurrenz, aber viel günstiger als die anderen Premiumprodukte.

          „Das ist eine gute Möglichkeit für die deutschen Hersteller, am oberen Ende des Wirkungsgrades zu überleben“, sagt Werner. Dort sieht er ohnehin die Zukunft. Ein Quadratmeter Solarmodule koste etwa 75 Euro, die darin enthaltenen Siliziumscheiben etwa 25 Euro. Silizium sei damit billiger als viele Fliesen oder andere Baustoffe. Und die Module machen nur 30 bis 40 Prozent der Kosten für die gesamte Anlage aus. Deshalb spricht nichts dagegen, ein paar Euro mehr in einen höheren Wirkungsgrad zu investieren.

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