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Solare Wertschöpfungskette
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Solare Wertschöpfungskette

Die Solare Werschöpftungskette ist der gesamte Her­stel­lungsprozess einer PV-Analge. Vom Aus­gangs­produkt Quarz­sand bis zur Lie­fe­rung und Mon­tage des PV-Systems auf Ihrem Dach sind alle Schritte in der Wertschöpftungskette enthalten.

In der kri­stal­linen Pho­to­voltaik und in der Dünn­schicht-Techno­logie besteht die Photo­vol­taik-Herstel­lung aus unter­schied­lichen Schritten.

Der Herstellungsprozess in der kristallinen Photovoltaik

In der mit kristallinen Solarzellen arbeitenden, typischen Aufdach-Solarstromerzeugung umfasst der Herstellungsprozess die folgenden Schritte:

Blockguss und Bridgman-Verfahren

Bei der Herstellung polykristalliner Ingots wird das erhitzte und geschmolzene Silizium mit zwei verschiedenen Verfahren aus der Schmelze zu Barren zu geformt.

Um die benötigte Reinheit für Solarzellen zu erhalten, wird das Rohsilizium zu Beginn des Herstellungsprozesses geschmolzen und aufwendig gefiltert beziehungsweise gewaschen.

Im darauffolgenden Schritt wird es im Blockguss oder Bridgman-Verfahren weiterverarbeitet.

Der Blockguss

Im Blockguss-Verfahren wird das Silizium im Schmelztiegel durch Erhitzen verflüssigt und in einen zweiten Tiegel umgegossen, in dem das Halbleitermaterial kontrolliert schichtweise abkühlt.

Aus den erstarrten Ingots werden im nächsten Schritt die Hauptbestandteile der Solarzellen gesägt, die polykristallinen Silizium-Wafer.

Das Bridgman-Verfahren

Im Bridgman-Verfahren (nicht: Bridgman-Stockbarger-Methode - mit dieser werden Einkristalle hergestellt) wird die Schmelzzone Schicht für Schicht von unten nach oben durch den Tiegel gefahren. Das Rohsilizium wird dabei in Schichten geschmolzen und kontrolliert wieder abgekühlt.

Das Silizium erstarrt dabei schichtweise, wobei sich großflächige gleichgerichtete Kristallgitter bilden,. Diese erhöhen den Wirkungsgrad gegenüber kleineren Kristallflächen, da weniger Störzonen zwischen den Kristallen entstehen.

Das Czochralski-Verfahren

In der Photovoltaik-Herstellung kristalliner Solarzellen spielt ein drittes Verfahren eine wesentliche Rolle. Das Czochralsky-Verfahren ist etwas aufwendiger und aus diesem Grund teurer als Blockguss und Bridgman-Verfahren, erzeugt jedoch anstelle polykristalliner Wafer die reineren, effizienteren monokristallinen Ingots.

Beim Czochralski-Verfahren (nach Jan Czochralski, 1885-1953, der das Verfahren 1916 entwickelte) wird das geschmolzene Halbleitermaterial in einem Tiegel bei einer Temperatur knapp über dem Schmelzpunkt gehalten.

Die Schmelze ist bei dieser Temperatur zäh und von hoher Viskosität (= dickflüssig).

Ein kristallisierter "Impfkeim" wird in die Schmelze eingetaucht. Durch langsames Drehen und Heben lagert er einen dünnen Film von Material an, der dabei auskühlt. Dieses Auskühlen lässt das Material erstarren - dabei setzt es die kristalline Form des Impfkeims fort - so entsteht ein künstlich gezüchteter Einkristall.

Im Czochralski-Verfahren gezogene monokristalline Ingots werden in Form charakteristischer Zylinder ausgeliefert, auf denen ein kegelförmiger Kopf mit geschwungenen Stufen aufsitzt.

Die Dünnschicht-Technologie in der Photovoltaik-Herstellung:

In der Dünnschicht-Technologie besteht die integrierte Wertschöpfungskette der Photovoltaik-Herstellung aus nur wenigen Schritten:

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