Günstigere hocheffiziente Solarmodule

Chinesischer Hersteller von Solarmodulen Suntech-Power hat ein neues Verfahren zur Herstellung von Siliziumwafern für Solarzellen entwickelt, das die Kosten für Solarstrom um 10 bis 20 Prozent senken könnte.

Sonnenkristalle: Ein neues Solarpanel von Suntech enthält Zellen, die mit einem neuen Silizium-Wafer-Gießverfahren hergestellt werden. Die Zellen – die kleineren Quadrate innerhalb des Panels – sind halb monokristallin (die dunklen Bereiche der Zellen) und halb multikristallin (die bunten Bereiche).

Die effizientesten Siliziumsolarzellen verwenden Wafer, die aus einem einzigen Siliziumkristall bestehen. Diese hochqualitativen monokristallinen Wafer kosten nach dem neuen Verfahren ungefähr so ​​viel wie minderwertige multikristalline Wafer oder möglicherweise halb so viel wie monokristalline Wafer, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. (Die Waferkosten sind nur ein Teil der Kosten für Solarstrom, weshalb ein Verfahren, das möglicherweise nur die Hälfte kostet, die Gesamtkosten nur um 10 bis 20 Prozent reduziert.)



Die dem Verfahren zugrunde liegende Idee wurde vor mehr als 20 Jahren patentiert, aber von den Patentinhabern nie kommerziell weiterentwickelt. Die Patente liefen vor etwa drei Jahren aus, und mehrere Unternehmen – JA Solar, LDK Solar und Renesola sowie Suntech – gaben kürzlich bekannt, dass es ihnen gelungen ist, das Verfahren zum Laufen zu bringen.

Stuart Wenham, CTO von Suntech, beschrieb den Fortschritt auf einer Solarkonferenz diese Woche in Seattle und sagte, das Unternehmen habe bereits mit dem Verkauf von Solarmodulen begonnen, die mit dem Verfahren hergestellt wurden.

Diese Nachricht könnte Unternehmen in den Vereinigten Staaten und anderswo in Schwierigkeiten bringen, die hoffen, neue Dünnschicht-Solartechnologien zu kommerzialisieren. Theoretisch ist die Dünnschichttechnologie pro Watt günstiger als die Siliziumtechnologie. Aber seine Hersteller haben es schwer, mit den chinesischen Herstellern konventioneller Silizium-Solarmodule zu konkurrieren, die ihre Kosten teilweise durch verbesserte Herstellungstechniken stetig gesenkt haben und teilweise weil staatliche Unterstützung es ihnen ermöglicht hat, die Produktion schnell zu steigern.

Die Herstellung hochwertiger monokristalliner Wafer umfasst normalerweise das Erhitzen von Silizium auf über 1.400 ° C (höher als sein Schmelzpunkt) und das anschließende Eintauchen eines Impfkristalls in die Schmelze. Ein Ingot, aus dem die Wafer geschnitten werden, wird durch allmähliches Hochziehen des Keims gebildet, während das Silizium um ihn herum kristallisiert. Dies geschieht über einen Zeitraum von ein bis zwei Tagen, wobei der Siliziumpool heiß gehalten werden muss – was viel Energie kostet. Sowohl der Energieverbrauch als auch die langsame Produktionsgeschwindigkeit machen das Verfahren teuer. Die Herstellung multikristalliner Ingots ist schneller und weniger energieintensiv – das Silizium wird geschmolzen und anschließend abgekühlt. Das Silizium muss nicht heiß gehalten werden, um Energie zu sparen, aber Zellen aus diesen Materialien sind viel weniger effizient.

Suntech hat eine Möglichkeit entwickelt, monokristallines Material mit einer modifizierten Version des multikristallinen Prozesses zu formen.

Dabei werden Impfkristalle verwendet, die jedoch nicht nach und nach aus dem Silizium herausgezogen werden (wie beim herkömmlichen monokristallinen Verfahren), sondern am Boden eines Tiegels angeordnet und vollständig mit geschmolzenem Silizium bedeckt sind. Dann wird Wärme durch den Boden des Tiegels abgeführt, wodurch sichergestellt wird, dass die Kristallisation am Boden beginnt, wo sich die Keime befinden.

Dies ist im Wesentlichen das Verfahren, das vor Jahrzehnten patentiert wurde. Verfeinerungen Suntechs hat dazu beigetragen, eine der größten Herausforderungen des Prozesses zu überwinden: Das geschmolzene Silizium bildet in Kontakt mit den Kanten des Behälters seine eigenen Keime, und als Ergebnis ist die endgültige Siliziumplatte innen monokristallin und nach oben hin multikristallin außen.

Suntech hat herausgefunden, wie man die multikristalline Fläche auf ein Minimum reduziert: Der resultierende Ingot ist zu 70 Prozent monokristallin. Rein monokristalline Wafer werden aus der Mitte des Ingots hergestellt. Auch das Material an den Kanten, das halb monokristallin und halb multikristallin ist, wird verwendet. Daraus hergestellte Zellen erweisen sich als etwa 10 Prozent effizienter als gewöhnliche multikristalline Zellen, die fast so effizient sind wie rein monokristalline Zellen.

Wenham sagt, dass der Prozess vorhandene Wafer-Verarbeitungsgeräte verwenden kann, sodass er schnell skaliert werden kann. Das Verfahren könnte in der Photovoltaik ein echter Wendepunkt sein, da es eine viel höhere Leistung bei geringeren Kosten bietet, sagt er.

Laut Wenham erwartet Suntech, dass ein Großteil der Branche in den nächsten zwei Jahren ähnliche Technologien einführen wird. Da das Grundprinzip nicht mehr patentiert ist, konnten viele Unternehmen eigene Versionen davon entwickeln. Er sagt, Suntech sucht nach Patenten für Technologien im Zusammenhang mit der Verwendung der neuen Materialien zur Herstellung von Sonnenkollektoren.

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