Silizium zur Solarmodul-Herstellung

Eines der am häufigsten auf unserem Planeten Erde vorkommenden Elemente ist Silizium. Der Bestandteil von Sand ist Silizium, welches in seiner reinsten Form im Quarz bzw. Quarzsand enthalten ist. In der Fachsprache bezeichnet man diesen Quarz als Siliziumoxid. Der Weg zum Solarmodul beginnt damit, aus dem Sand Quarz zu gewinnen, welcher zu reinem Silizium umgewandelt für die Herstellung von Solarzellen von elementarer Bedeutung ist.

Silizium für Photovoltaik-ModulDer Weg zur Solarzelle bzw. zum Photovoltaik-Modul ist mit einem hohen Verbrauch an Energie verbunden, da nur reines Silizium für die Herstellung von Solarmodulen in Frage kommt. Um aus Quarz metallurgisches Silizium herzustellen, wird mit Hilfe eines speziellen Ofens der Quarz auf eine Temperatur von 1800 Grad Celsius erhitzt.

Einige Hersteller von Silizium, haben sich auf die Produktion von Solarsilizium spezialisiert und entwickeln immer bessere Konzepte, um die Kosten für die Herstellung des Siliziums zu reduzieren bzw. um die Bedürfnisse der Solarmodul-Hersteller immer besser zu befriedigen. Um aus Rohsilizium ein für Halbleiter geeignetes Silizium herzustellen, ist es notwendig dieses einer chem. Reinigung zu unterziehen. Dabei werden z.B. Kalzium, Eisen, Phosphor, Bor und einige weitere Stoffe abgeschieden.

Bei einem weiteren Prozess, wird mit Hilfe eines sog. Abscheidereaktors, in dem das hochreine Trichlorsilan auf eine Temperatur von 1100 Grad Celsius erhitzt wird Silizium zurück gewonnen. In Fachkreisen spricht man bei dem jetzt entstandenen Silizium von Polysilizium. Für die Herstellung von monokristallinen Solarzellen bzw. einkristalliner Solarzellen kommt jedoch ein weiteres Verfahren zur Anwendung. In diesem Verfahren (Zonenzieh-Verfahren) werden die Siliziumzylinder bis in den Kern bei einer Fläche von ca. 2 Zentimetern geschmolzen. Sobald das Material wieder erstarrt, bildet sich ein Monokristall.

Silizium im Tafelwerk

Silizium im Periodensystem

Es gibt noch eine andere Möglichkeit das Polysilizium mittels Tiegelzieh- Verfahren zu verarbeiten. Dabei werden kleine Bruchstücke des Polysiliziums gebrochen und bei einer Temperatur von 1420 Grad Celsius geschmolzen. Durch weitere Schritte entsteht bei diesem Verfahren jetzt ein Monokristall von mehreren Metern Länge. Da für die Produktion von Photovoltaikmodulen kein optimales Silizium benötigt wird, wie bspw. bei der Herstellung von Mikrochips, können entstandene Reste, welche bei den einzelnen Arbeitsschritten zur Umwandlung von Solarsilizium wieder verwendet werden. Einige Firmen kaufen derartige entstandene Siliziumabfälle auf und verarbeiten diese zu für die Photovoltaik- Industrie ausreichendem Material weiter.

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Mittlerweile gibt es eine Vielzahl weiterer Verfahren, um monokristalline und polykristalline Solarzellen herzustellen. Im Fokus der Entwicklung neuer Verfahren wird dabei immer der Aspekt der Kosteneinsparung durch energiesparende, zeitsparende und materialsparende Technologien stehen.

Amorphes Silizium

Amorphes SiliziumDer Begriff Amorph stammt aus dem Griechischen und bedeutet übersetzt soviel wie gestaltlos. Da amorphes Silizium ein sehr starkes Absorptionsvermögen besitzt, genügen der Solarindustrie insbesondere zur Herstellung von Solarzellen mikrometerdünne Schichten für die Produktion von Solarmodulen. Oftmals finden diese ihre Anwendung bei sog. Dünnschichtsolarzellen.

Amorphe Solarzellen bestehen aus nichtkristallinem also amorphem Material. Amorphe Solarzellen haben die positive Eigenschaft, dass nur wenig Material benötigt wird, um diese Solarzellen herzustellen. Sog. Dünnfilmsolarmodule entstehen durch Aufdampfen auf Glas oder hauchdünner Edelstahlfolie. Materialien, die für die Herstellung von amorphen Solarzellen verwendet werden können sind z.B. Silizium, CdTe und CIS. Welche Art von Photovoltaikanlage für den jeweiligen Zweck geeignet ist, muss im Einzelfall geprüft werden.

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