Die Hersteller von Maschinen und Anlagen zur Photovoltaikproduktion haben sich ehrgeizige Ziele gesteckt. Bis zum Jahr 2025 soll das polykristalline 60-Zellen-Standardsolarmodul eine Leistung von 310 Watt haben. Bisher liegt die Leistung von Standardmodulen noch bei 250 bis 260 Watt. Nur wenige Hersteller schaffen es, die Leistung ihrer Module auf über 275 Watt zu steigern. Um ihr Ziel zu erreichen, wollen die Equipmenthersteller sowohl an der Verbesserung der Solarzellen als auch der Module selbst arbeiten. Gleichzeitig sollen dabei die Produktionskosten sinken, was wiederum dazu beiträgt, dass die Gestehungskosten für Solarstrom weiter fällt und die Photovoltaik langfristig wettbewerbsfähig bleibt. Dies geht aus der neuen Roadmap für die Photovoltaikproduktion des Halbleiterverbandes Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI) hervor.
Mit der Unterstützung der VDMA Arbeitsgemeinschaft Photovoltaik-Produktionsmittel hat SEMI die neue Roadmap erstellt. Darin untersucht der Halbleiterverband die bisherige Entwicklung der Herstellung von Solarmodulen auf allen Stufen der Wertschöpfungskurve und stellt Prognosen für die Entwicklung bis 2025 auf. Dabei wird auch in Zukunft ein großer Teil der Kosten bei der Herstellung von polykristallinen Solarmodulen auf dem Silizium liegen. Die Kosten für das Rohmaterial sind seit Ende 2012 kaum noch gesunken und SEMI geht davon aus, dass er weiterhin stabil bleiben wird. So wird der Anteil des Rohmaterials auch in Zukunft bei über 15 Prozent der Kosten für ein Solarmodul ausmachen.
Polysiliziumpreise senken
Konsequenterweise wird genau hier einer der Schwerpunkte für weitere Kostensenkungen liegen. Technologien wie die Herstellung des Polysiliziums in Wirbelschichtreaktoren oder die Siliziumaufbereitung werden aufgrund ihrer Kostenvorteile Marktanteile hinzugewinnen. Zunächst wird aber die klassische Siemensreaktortechnologie, bei dem das Silizium aus einer Schmelze gezogen wird, dominieren. Allerdings werden bis 2015 mit dieser Technologie weniger als die Hälfte des Rohmaterials hergestellt.
Bei der Herstellung von Wafern beherrschen Einsparungen durch dünnere Solarwafer, die Reduzierung von Sägeverlusten und zunehmende Recyclingraten die Entwicklung. Die Branchenexperten erwarten einen deutlichen Anstieg der Marktanteile von Diamantdrahtsägen bis zum Jahr 2025, um den Bedarf an dünnen Wafern bedienen zu können. In der Massenfertigung werden die Waferdicken aber nicht den theoretisch möglichen Wert von 100 Mikrometern erreichen. Bis 2025 haben sich die Equipmentlieferanten vorgenommen, die polykristallinen Siliziumwafer auf eine Dicke von 160 Mikrometern zu bekommen. Damit würden sie immer noch 20 Mikrometer dünner als die derzeit dünnsten Wafer.
Weniger Silber verwenden
Bei den Zellen legen die Produktionsmittelhersteller vor allem Wert auf immer weniger Silber und Aluminium. Diese Materialien, die bei der Metallisierung der Zellen verwendet werden, sind der zweitgrößte Kostenfaktor bei den Rohmaterialien. Deshalb ist die Minimierung des Verbrauchs von Matalliersierungspasten ein entscheidender Faktor, die Kosten für die Solarzellen weiter nach unten zu treiben. Das Ziel: Bis 2025 soll der Verbrauch von Silber pro Zelle von derzeit 100 auf 40 Milligramm sinken.
Die Kostenreduzierung soll vor allem durch geringeren Materialverbrauch erreicht werden. Hier setzen die Equipmentlieferanten vor allem auf dünnere Materialien und den Ersatz von teuren durch preiswertere Rohstoffe. So erwartet die Halbleiterbranche, dass in den kommenden zehn Jahren zwar die bisher verwendeten Antireflexionsgläser mit einem Marktanteil von 80 Prozent weiterhin dominieren. Doch in Zukunft werden vor allem Frontmaterialien aus Kunststoffen immer mehr an Bedeutung gewinnen und die bisher immer noch verwendeten unstrukturierten Gläser ganz vom Markt verdrängen.
Mehr Licht in die Zelle
Dies wird auch einer der zentralen Punkte bei der Verbesserung der Moduleffizienz sein. Denn mit den Antireflexionsgläsern wird mehr Licht in die Zellen gebraucht, wodurch die Stromausbeute steigt. Zudem erwartet der Halbleiterverbrand die Verbesserung der Antireflexionseigenschaften der Frontgläser. Außerdem werden sich die Produktionsmittelhersteller auf die Verbesserung der Zellverbindungen im Modul konzentrieren. Bis zum Jahr 2025 wollen sie die bleihaltigen Zellverbindungen fast vollständig aus dem Markt nehmen und zum Teil durch Zellverbinder ohne Blei ersetzen. Einen anderen Teil werden dann leitfähige Klebstoffe ausmachen. Zusätzlich wollen die Equipmentlieferanten die Entwicklung anderer Zellverbinder weiter vorantreiben.
Bei den Eikapselungsmaterialien dominiert bisher noch die EVA-Folie. Diese soll perspektivisch durch Polyolefine und Silikon ersetzt werden. Diese lassen weniger Feuchtigkeit durch, was nicht nur für die Performance der Zelle sondern auch für die Lebensdauer der Module Vorteile bringt. Ähnliche Gründe hat auch die weitere Etablierung von Glas-Glas-Module. Unter anderem wollen die Hersteller damit die Potenzialinduzierte Degradation in den Griff bekommen, die vor allem durch Schwächen der Isoliereigenschaften von Rückseitenfolien ausgelöst wird. Bis 2025 erwarten die Fachleute von SEMI, dass immerhin ein Viertel der Module mit Glas als Rückseitenmaterial hergestellt wird.
Die Zellwirkungsgrade sollen vor allem durch die weitere Etablierung der PERC-Technologie und die Ausweitung der Produktion von monokristallinen Zellen weiter nach oben getrieben werden. Außerdem werden sich die Produktionsmittelhersteller vor allem darauf konzentrieren, die Rekombinationsverluste in den Zellen zu minimieren. Diese sollen bis 2025 bei den p-dotierten mono- und polykristallinen Zellen auf jeweils etwa ein Drittel des derzeitigen Wertes sinken. (Sven Ullrich)
