Wie entstehen Solarzellen?

Das Team von EIGENSONNE war zu Besuch bei unserem Hauptlieferanten Heckert Solar in Chemnitz, um sich die einzelnen Fertigungsschritte einer einzelnen Solarzelle anzusehen.

Wissenswertes zu Heckert Solar

Heckert Solar wurde 2001 von Xaver Trinkerl gegründet und fertigte zwei Jahre später das erste polykristalline PV-Modul im eigenen Werk in Chemnitz. Im Jahr 2005 wurde das zweite Werk für Solaranlagen am Standort in Deutschland gefertigt. Heute fertigt Heckert Solar mono- und polykristalline Solarmodule im 4-Schicht-Betrieb.

Die Basis: Herstellung von reinem 8 bis 11 N Silizium

Fast alle Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silizium. Silizium gehört nach Sauerstoff zu den am häufigsten vorkommenden Elementen auf der Erde und ist in Form von Siliziumoxid in Sand und Quarz enthalten. Für Solarmodule wird Silizium in seiner reinsten Form verwendet. Dafür wird Quarz mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von über 1800 Grad Celsius reduziert - es entsteht ein sogenannter Silizium Monokristall mit einer Reinheit von 98%. Da dieser Monokristall ist mit 2% Verunreinigung noch nicht für Elektronikanwendungen geeignet ist, wird er in einem mehrstufigen Siedeverfahren (dem Siemens-Verfahren) so lange destilliert, bis der Verunreinigungsgrad unter einen bestimmten Wert gesunken ist. Das so entstandene Polysilizium besitzt einen Reinheitsgrad von 8 bis 11 N. N ist die Anzahl der Neunen, die hinter dem Komma der Reinheitsangabe in Prozent stehen (Also 8 N entspricht einer Reinheit von 99,99999999%).

Mono- und polykristalline Siliziumzellen

Zur Herstellung von einkristallinen Zellen wird Polysilizium geschmolzen und zu einem zylinderförmigen Einkristall mit bis zu 30cm Durchmesser und mehreren Metern Länge gedreht. Dieses Verfahren nennt man Czochralski-Verfahren. Dieser runde Kristall wird anschließend zu grob quadratischen Stangen geschnitten. Für die Herstellung von polykristallinem Silizium wird das Polysilizium ebenfalls geschmolzen, mit Bohr dotiert und ein Quaderform gegossen. Durch Aufheizen und Abkühlen erstarrt der Block gleichmäßig und es bilden sich die homogenen Siliziumkristalle, die für die charakteristische unregelmäßige Struktur verantwortlich sind (Eisblumenmuster). Aus der Quaderform werden quadratische Blöcke geschnitten.

Solarzellen in Form von Wafern

Die mono- oder polykristallinen Blöcke werden anschließend zu 0,2mm dicken Wafern geschnitten. Dabei gehen mehr als 50% des Kristalls in Form von Staub verloren, der allerdings zusammen mit den konischen Stabenden (entstehen nur bei monokristalliner Herstellung) wieder eingeschmolzen und neu verwendet werden kann. Die Wafer werden anschließend vom Sägestaub und -beschädigungen gereinigt. Die Rohwafer werden mit Hilfe von Borverunreigungen p-dotiert (bei polykristalliner Herstellung bereits im ersten Schritt passiert) und durch Phoshpor-Diffusion ebenfalls n-dotiert - es entsteht der für die Solarzelle elementare pn-Übergang. Es folgt noch die Aufbringung der Antireflexschicht, das Aufdrucken der Kontakte und die Ätzung der Kanten.

Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von Heckert Solar.

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