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Neue Solarzellen: Strom aus der Folie

Von Frank Grünberg

Schön, schlank und billig soll die Solarzelle der Zukunft sein. Mit neuen Materialien und extrem dünnen Schichten wollen Forscher den idealen Lichtfänger bauen – und der Fotovoltaik endlich zum Durchbruch verhelfen.

Wer auf der Autobahn A8 von Stuttgart Richtung München fährt, kann Europas größten Getreidespeicher kaum übersehen. Linker Hand ragt er kurz vor Ulm gen Himmel, 115 Meter hoch. Beigefarbener Sichtbeton und graue Aluminiumpaneele prägen seine Fassade. Nur auf der Südseite zieht sich ein schmaler Streifen aus kleineren Fliesen rund 80 Meter senkrecht nach oben: ein mattschwarzes Sonnenkraftwerk mit modernsten, extrem dünnen Solarzellen.

Herkömmliche Solarzellen: Mindestens 0,2 Millimeter dick
AP

Herkömmliche Solarzellen: Mindestens 0,2 Millimeter dick

Die Gegend im Ulmer Norden scheint ein idealer Platz für diese Art von Stromerzeugung zu sein. Vom Dach des Silos reicht der Blick weit hinein in die Schwäbische Alb. Weder Berge noch Bauwerke verdecken hier die Sonne. Und doch war das Projekt zunächst nur eine Notlösung: Als die Schapfenmühle, Ulms ältestes Unternehmen, vor fünf Jahren einen neuen Getreidespeicher plante, hätte Geschäftsführer Heinz Künkele aus Kostengründen am liebsten einen konventionellen Rundbau mit 30 Metern Höhe errichtet. Doch der Platz auf dem Betriebsgelände war knapp, und so sah sich Künkele gezwungen, in die Höhe zu planen.

Der Ulmer Baubehörde gefiel das zunächst gar nicht. Zu groß war die Sorge, Touristen könnten ein hässliches Großsilo mit dem Ulmer Münster verwechseln. Zu stark die Angst, ein zweites Wahrzeichen gleich am Ortseingang zu errichten. Erst nach vielen Verhandlungen genehmigte die Verwaltung 2004 den Bau – allerdings mit doppelter Auflage: Der Turm muss schick aussehen und die Solarbilanz der Stadt Ulm verbessern.

So kam Heinz Künkele zu seinem Silo und die noch junge Dünnschicht-Fotovoltaik zu einem attraktiven Vorzeigeobjekt. "Dünnschichtzellen schimmern nicht so stark bläulich wie die meisten der normalen Solarzellen", erklärt Architekt Josef Seidel. "Optisch bieten sie daher völlig neue Möglichkeiten. Sie lassen sich sogar bedrucken."

Während konventionelle Solarzellen aus Silizium mindestens 0,2 Millimeter dick sein müssen, um ausreichend Licht in Strom umzuwandeln, können Dünnschichtzellen hundertmal so flach sein. Das spart Material und Energie bei der Fertigung. Die einzelnen Halbleiterschichten werden dabei einfach auf eine Glas- oder Metallplatte gedampft, sie können noch während der Produktion strukturiert und verschaltet werden (siehe Grafik).

Statt wie bisher Solarzellen von der Größe einer Untertasse mit der Hand zu großen Modulen zusammenzulöten, werden nun Einheiten vom Ausmaß einer halben Zimmertür aus einem Guss gefertigt. Auch von diesem Vorteil versprechen sich die Hersteller sinkende Produktionskosten. Sogar auf flexiblen Unterlagen können die dünnen Zellen aufgebracht werden – zum Beispiel in Form von Rollen.

Langsam schließt die Dünnschicht-Technologie, auch was ihren Wirkungsgrad angeht, zu ihren Vorgängern auf. "Unsere speziellen Module liefern inzwischen Wirkungsgrade von rund zwölf Prozent", sagt Erich Köhle, der das Projekt Schapfenmühle im Auftrag der Firma Würth Solar betreute. Zum Vergleich: Herkömmliche Zellen wandeln im Schnitt etwa 15 Prozent der einfallenden Sonnenenergie in elektrische Energie um.

Würth Solar zählt weltweit zu den Pionieren unter den Dünnschicht-Technologen. Im Herbst 2006 startete das Unternehmen im baden-württembergischen Schwäbisch Hall seine erste Großserienproduktion, die bis Ende 2007 Solarzellen mit einer jährlichen Leistung von 30 Megawatt bauen soll. Etwa 1000 Module, 60 mal 120 Zentimeter groß, werden dann täglich die Fabrik verlassen. Und zwar in CIS-Technologie. Das Kürzel steht für eine Verbindung aus den Metallen Kupfer und Indium sowie dem Halbmetall Selen; der Stoff verhält sich wie ein fotoaktiver Halbleiter. Andere Dünnschichtzellen verwenden Cadmium-Tellurid (CdTe) oder Kupfer, Indium, Gallium, Selen und Schwefel (CIGSSe) als halbleitende Materialien.

Selbst aus Silizium, dem Ausgangsstoff der dicken, kristallinen Solarzelle, lassen sich dünne, lichtempfindliche Schichten herstellen. Dass Firmen wie Würth Solar dennoch an ihren Alternativen festhalten, hat derzeit finanzielle Gründe: Die großen Silizium-Rohlinge, aus denen konventionelle Solarzellen gewonnen werden, sind knapp und daher teuer. Oft musste sich die Fotovoltaik-Industrie in der Vergangenheit mit den Restposten begnügen, die ihr die Chip-Industrie überließ. Nur langsam wird dieser Engpass beseitigt: Der Bundesverband Solarwirtschaft rechnet damit, dass Silizium-Rohlinge im Jahr 2008 wieder in ausreichendem Maß und dann zu sinkenden Preisen zur Verfügung stehen.

Langfristig sieht Hermann Bastek, Solarzellenexperte am Forschungszentrum Jülich, die Silizium-Technologie daher auf der Überholspur – auch im Dünnschichtbereich. Anders als die seltenen, exotischen Elemente Indium, Selen oder Tellur gebe es den Rohstoff Silizium buchstäblich wie Sand am Meer: Das Element trägt ein Viertel zur Masse der Erdkruste bei.

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