Was sind Dünnschichtmodule?

11. Dezember 2017 | Von | Kategorie: Photovoltaik Einführung

Dünnschichtmodule zeichnen sich durch geringe Schichtdicken der eingesetzten Materialien aus und sind daher besonders leicht. Gegenüber kristallinen Solarzellen aus Siliciumwafern sind sie ungefähr 100-mal dünner. Sie unterscheiden sich aber auch im Herstellungsprozess und im Wirkungsgrad herkömmlicher Solarmodule.

So entstehen Dünnschichtmodule

Dünnschichtmodule gibt es in verschiedenen Ausführungen mit unterschiedlichen Halbleiterwerkstoffen. In der Regel werden diese durch das Aufdampfen direkt auf ein Trägermaterial wie Glas, Metallblech oder Kunststoff aufgebracht. Dabei können auch flexible Trägermaterialien genutzt werden. Da die aufgedampfte Halbleiterschicht zudem nur wenige Mikrometer dick ist, vergrößert sich der Anwendungsbereich dieser Dünnschicht-Module deutlich.

Als Halbleiterwerkstoff dient bislang vor allem amorphes Silizium, aber es kommen auch monokristallines Silizium sowie Verbindungen wie Galliumarsenid, Cadmiumtellurid oder Kupfer-Indium-Selenid zum Einsatz. Zudem werden organische Solarzellen, die über eine Absorberschicht aus einem Polymer verfügen, zu den Dünnschichtzellen gerechnet.

Im Vergleich zu mono- oder polykristallinen Modulen ist die Herstellung von Dünnschichtmodulen deutlich einfacher, denn hier entfällt das aufwendige Zerschneiden von Siliziumblöcken. Der Träger wird vielmehr mit einer nur wenige Mikrometer dicken Schicht aus einem Halbleitermaterial bedampft. Als Trägermaterial werden neben Metallblech oder Glas flexible Werkstoffe wie Kunststoff genutzt und somit der Anwendungsbereich deutlich verbreitert.

Eigenschaften und Wirkungsgrade von Dünnschichtmodulen

Je nach Trägermaterial und aufgedampften Halbleiterstoff ist die Spannbreite der physikalischen Eigenschaften sowie der Wirkungsgrad recht groß. Bislang liegen die Wirkungsgrade, der noch recht neuen Dünnschichtmodule, deutlich unter denen der mono- oder polykristallinen Module. Im Durchschnitt liegt er bei den zurzeit auf dem Markt erhältlichen Solar-Modulen zwischen 5 und 15 Prozent. Die Forschung läuft allerdings auf Hochtouren und im Labor konnten bereits Wirkungsgrade von bis zu 20 Prozent erzielt werden.

Vor- und Nachteile im Überblick

Trotz der bislang noch sehr geringen Wirkungsgrade lohnt sich die Anschaffung von Dünnschichtmodulen für einige Betreiber, da sie sehr kostengünstig sind. Zudem überzeugen sie durch ein sehr geringes Gewicht und eine hohe Ausbeute bei diffusem Licht. Dies ist vor allem in den Wintermonaten und bei der teilweisen Verschattung von Modulen interessant. Zudem entstehen bei Dünnschichtmodulen keine Wirkungsgradverluste durch Wärmeentwicklung und die Stromerträge bleiben auch bei Temperaturen von über 25 °C gleichmäßig hoch. Eine Hinterlüftung ist daher nicht unbedingt notwendig. Aus ökologischer Sicht sind Dünnschichtmodule interessant, da sie bei der Herstellung weniger Rohstoffe verbrauchen.

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Das große Problem bei der Dünnschichttechnik ist, dass die kristalline Technik aufgrund der riesigen Skaleneffekte trotz eigentlich höherem Aufwands aktuell eher günstiger ist als die Dünnschichttechnik. Der größte Vorteil der Dünnschichttechnik, der günstigere Preis, kann daher bisher nicht ausgespielt werden. Selbst bei einem geringfügig günstigerem Preis würde die Kosteneinsparung durch den prozentual höheren Aufwand teilweise kompensiert, kurze Erläuterung: Wenn ein Dünnschichtmodul anstatt 300 Watt auf der gleichen Fläche nur 200 Watt Leistung bringt, kostet es dennoch den gleichen Aufwand dieses Modul anzuschließen und zu installieren. Dadurch ergeben sich prozentual höhere Installationskosten pro Watt.

Fazit:

Dünnschichtmodule sind:
+ theoretisch preiswerter in der Herstellung,
+ leicht und flexibel einsetzbar,
+ nutzen diffuses Licht effizient,
+ haben weniger Probleme bei Verschattung
+ und einen geringen Rohstoffverbrauch,
aber haben
– einen vergleichsweise geringen Wirkungsgrad
– und höhere Installationskosten / Watt.

Insgesamt besteht bei den Dünnschichtmodulen noch ein großes Entwicklungspotenzial. Daher lohnt es sich, diese Technologie im Auge zu behalten. Für einige Nutzer stellen sie aber bereits heute eine interessante Alternative dar.

geschrieben von: Patrick Thoma

Patrick Thoma

Patrick Thoma ist im Bereich der Erneuerbaren Energien tätig. Er ist Autor und Herausgeber der Seite Photovoltaik.info auf der es um allgemeine Themen der Photovoltaik geht. Ziel der Seite ist es, Themen zu behandeln die einen Interessenten für eine Photovoltaikanlage beschäftigen und diese in einfachen Worten zu erklären.

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