Nun da Sie wissen, wie Silicium-Wafer hergestellt werden, kommen wir zum zweiten Schritt: Wie werden die Silicium-Wafer zu Solarmodulen weiterverarbeitet? Wir beleuchten im Folgenden die Fertigung, Endmontage und Verschaltung von Solarmodulen.

Die Herstellung der Solarzellen

Nach dem Formen und Schneiden der Siliziumwafer geht es im nächsten Schritt darum, die Halbleitereigenschaften des Materials zu nutzen und die Lichtenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Der photovoltaische Effekt, den wir in einem früheren Artikel (Link) beschrieben haben, besteht aus einem Energietransfer von den Photonen des Lichts zu den Elektronen des Siliziums, der es ihnen ermöglicht, sich zu bewegen. Diese Elektronen werden dann über eine mit dem externen Stromkreis verbundene Sammelelektrode aus dem Material herausgezogen. Aber wie funktioniert das?

Das Grundprinzip besteht darin, verschiedene Schichten zu erzeugen, um den elektrischen Strom aus der Platte zu holen und in das Netz einzuspeisen. Daher die nächste Frage: Wie werden diese Schichten hergestellt?

  • Beizen: p-Platten, die während der Kristallisation mit Bor dotiert sind, werden in einem chemischen Bad gebeizt, um Oberflächenfehler zu entfernen, die während des Sägeprozesses der Platten entstehen.
  • Texturierung: Die Oberfläche wird in kleinen Pyramiden oder Trichtern strukturiert, um die Photonensammlung durch Reduzierung der Reflexion zu verbessern. Dieser Schritt kann auch in einem chemischen Bad durchgeführt werden.
  • Dotierung: Die dotierte Zone n wird durch thermische Diffusion von Phosphor gebildet, die unter Verwendung eines Durchgangsofens durchgeführt wird, der auf eine Temperatur zwischen 800°C und 900°C erhitzt wird. Unter Wärmeeinwirkung bildet sich eine Restschicht aus Phosphorsilikat, die anschließend durch ein chemisches Bad entfernt wird.
  • Entfernen der Plattenkanten: Die n+ Schicht wird dann von den Plattenkanten entfernt, um den Sender und die Rückseite zu trennen.
  • CAntireflexionsschicht: Auf die Frontplatte wird eine Antireflexionsschicht aufgebracht, die auch die Leitfähigkeit der Zellen verbessert, indem sie Rekombinationen zwischen Ladungen begrenzt (d.h. Reaktionen zwischen Elektronen im Silizium, die daher nicht zur Erzeugung eines elektrischen Stroms verwendet werden).
  • Dotierung des Rückwandfeldes (p+): Es wird durch Diffusion von Aluminium dotiert. Diese Seite dient auch als ohmscher Leiter mit der Rückelektrode.
  • Metallisierung: Die elektrischen Kontakte werden entfernt. Auf der Vorderseite ist es ein Silbersiebdruckkontakt, der die Elektrode bildet - und auf der Rückseite ein Aluminiumsiebdruckkontakt (+ Elektrode).

Die Zelle ist nun aufgebaut. Ein letzter Schritt wird sein, die Zellen elektrisch zu testen, um ihre elektrischen Eigenschaften zu kennen. Anschließend wird eine Sortierung der Zellen durchgeführt, die eine Optimierung der Montage ermöglicht.

Montage zu Solarmodulen

Angesichts der Fragilität und Komplexität von Photovoltaikzellen werden Module in erster Linie zum Schutz vor äußeren Einflüssen eingesetzt.

Die Module dienen aber auch der Leistungsoptimierung, indem sie optische Verluste begrenzen und eine Überhitzung der Zellen vermeiden, was ihren Wirkungsgrad reduzieren würde.

1. Schritt: Verbinden der Zellen, indem sie zunächst zu Ketten und dann zu einer Matrix verbunden werden.

2. Schritt: Verkapselung. Die Zellen werden zwischen einer Glasschicht (Vorderseite) und einer Tedlarschicht (Rückseite) platziert. Hierbei kommen Warmwalzen zum Einsatz.

3. Schritt: Supervision. Hier kommt bloß der Rahmen des Solarmoduls hinzu. Dieser Schritt muss nicht zwingend erfolgen.

4. Schritt: Anschließen der Anschlussdosen. Es werden Anschlussdosen hinzugefügt, die Schutzdioden enthalten und den Anschluss des Moduls an das Stromnetz ermöglichen.

Wie bei den Solarzellen wird auch hier im Anschluss ein Test zur Feststellung der elektrischen Eigenschaften des Solarmoduls unter kalibriertem Kunstlicht durchgeführt.