In der Photovoltaik unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten von Modulen:

• Kristalline Photovoltaikmodule
• Dünnschicht Module

Obwohl diese zwei Modultypen unterschiedlich hergestellt sind haben sie eine Gemeinsamkeit: Beide Modularten bestehen aus einzelnen Solarzellen, die kurzwellige Strahlungsenergie (Sonnenlicht) in elektrische Energie umwandeln. Diese physikalische Grundlage der Umwandlung, nennt man den photovoltaischen Effekt.

Um leistungsstarke Photovoltaikmodule zu bauen, werden mit Hilfe von Reihenschaltung mehrere einzelne Solarzellen miteinander verbunden. Ist bei den Dünnschichtmodulen die Reihenschaltung im Prozess der Zellfertigung integriert, werden bei kristallinen Modulen die Zellen durch aufgebrachte Zellverbinder miteinander verlötet. Durch die abschließende Kapselung der miteinander verbundenen Zellen entstehen die zur Energieerzeugung verwendeten Solarmodule.

Bei dieser Technologie unterscheidet man zwei Unterarten:

• Polykristalline Photovoltaikmodule
• Monokristalline Photovoltaikmodule 

Die Solarzellen von polykristallinen Photovoltaikmodulen bestehen aus vielen kleinen Einzelkristallen. Im gängigsten Verfahren, dem sogenannten Blockgießverfahren, wird das Reinstsilizium geschmolzen und zum Erstarren langsam in eine quadratische Wanne (Kokille) gegossen. Der dadurch entstandene Block wird anschließend in mehrere Säulen und später in einzelne Wafer (einzelne Rohlinge der Solarzellen) geschnitten.

Monokristalline Solarzellen werden nicht wie polykristalline Solarzellen gegossen, sondern meist aus einem durchgehenden Kristall hergestellt. Die Besonderheit dabei ist, dass die Wafer bei monokristallinen Solarzellen rund sind und nicht eckig wie die, der polykristallinen Solarzellen. Auch in ihrer Struktur unterscheiden sich die beiden Modultypen: Monokristalline Solarzellen haben eine einheitliche Struktur, polykristalline Solarzellen erinnern eher an ein eisblumenartiges Muster. Da runde Wafer viel Freiraum auf den Modulen ungenutzt lassen würden, werden sie durch Abfasen den Seiten in eine eckigere Form gebracht.

Polykristalline und monokristalline Module durchlaufen die selbe Waferprozessierung. Nach einigen Vorbehandlungsschritten wird auf den Wafer die Antireflexschicht aufgetragen, die der Zelle erst ihre typische Farbe gibt. 

Danach wird die Zelle bedruckt. Auf der Vorderseite wird hierfür ein Netz aus dünneren und dickeren Leiterbahnen, z. B. durch Siebdruck, aufgebracht. Das so entstandene Netz soll für den Abtransport des generierten elektrischen Stroms sorgen und den Lichteinfall so wenig wie möglich behindern. Die Rückseite der Solarzelle wird meist vollflächig mit einem gut leitenden Material beschichtet. Sind die Zellen fertig, werden sie nach optischen und elektrischen Merkmalen sortiert.

Aufbau kristalliner Photovoltaikmodule

Werden die Zellen in Reihen miteinander verbunden, entsteht daraus ein Modul. Photovoltaikmodule bestehen aus mehreren Schichten. Das liegt vor allem daran, dass das Solarmodul vor mechanischen Einwirkungen, Feuchtigkeit und Witterungseinflüssen geschützt werden soll:

• Die erste Schicht eines PV-Moduls bildet eine Glasscheibe, die gegen Temperaturwechsel beständig und zudem schlag-, stoß- und druckfest ist.
• Darunter liegt die sogenannte obere Einbettfolie, bei der es sich um eine Kunststoffschicht zumeist aus EVA (Ethylenvinylacetat) oder um eine Gießharzschicht handelt. Sie ist dafür da, die Solarzellen einzukapseln und Feuchtigkeit im Modul abzuwehren.
• Die dritte Schicht bilden die Solarzellen, der wichtigste Bestandteil des Moduls. Sie sind über Lötbänder miteinander verschaltet und wandeln Sonnenlicht in Strom um.
• Darunter befindet sich eine weitere Einbettfolie, die wiederum von unten das Modul wasserdicht abschließt.
• Am Boden eines PV-Moduls ist eine Kunststofffolie oder eine Glasplatte angebracht.
• Die meisten Solarmodule besitzen außerdem einen Rahmen. Dieser besteht meist aus Aluminium und bietet zusätzlich Stabilität und erleichtert die Befestigung der Module auf dem Gestell.

Den kristallinen Photovoltaikmodulen stehen die Dünnschichtmodule gegenüber. Bei dieser Technologie unterscheidet man in folgende Unterarten:

• a-Si-Dünnschichtzellen
• CSG Dünnschichtzellen aus Silizium
• CdTe Dünnschichtzellen
• CIS bzw. CIGS Dünnschichtzellen 

Anders als kristalline Module bestehen Dünnschicht Photovoltaikmodule nicht aus einzelnen Zellen, die mit einander verlötet werden. Bei Dünnschicht Modulen werden vielmehr Halbleiter in dünner Schicht auf ein Trägermaterial (Glas, Kunststoff oder Metall) aufgedampft. Die einzelnen Solarzellen werden ebenfalls in Reihen miteinander verbunden.

a-Si-Dünnschichtzellen

Diese Solarmodule bestehen aus amorphem Silicium und decken den größten Marktanteil bei Dünnschichtzellen ab.

CSG Dünnschichtzellen aus Silizium

CSG steht für Crystalline Silicon on Glas und bezeichnet ein Verfahren für die Fertigung kristalliner Dünnschichtzellen. Dabei wird eine weniger als zwei Mikrometer dünne Siliziumschicht auf einen Glasträger aufgetragen, die nach einer Wärmebehandlung eine kristalline Struktur erhält.

CdTe Dünnschichtzellen

Cadmiumtellurid (CdTe) ist eine kristallene Verbindung aus der Gruppe der Telluride, die aus Cadmium undTellur mit einer (kubischen) Zinkblende-Kristallstruktur gebildet wird.

CIS bzw. CIGS Dünnschichtzellen

CIS bzw. CIGS  Module bestehen aus Kupfer-Indium-Selen bzw. aus Kupfer-Indium-Gallium-Schwefel Verbindungen. CIGS ist das leistungsstärkste Material mit Laborwirkungsgraden von mittlerweile 20,3 %. 

Aufbau eines Dünnschicht Moduls

• Die oberste Schicht bietet ein gehärtetes einsenarmes Deckglas
• Darunter liegt eine Dünnschichtzelle
• Die dritte Schicht bildet ein weiteres Glas
• Abgedichtet werden die Dünnschicht Module mit Dichtung am Rand
• Einige Module besitzen einen Rahmen, der meist aus Aluminium angefertigt ist.

 

Zur Veranschaulichung der Produktion einer Solarzelle noch ein kleines Video.

 

Für Infos rund um das Thema Photovoltaik unter http://blog.envaris.de