Dünnschicht-Solarmodule sind leicht und flexibel, werden aber eher selten im privaten Bereich eingesetzt, da sie nur einen Wirkungsgrad von maximal 15 % erreichen. Dennoch haben Sie Vorteile, die man in bestimmten Fällen für sich nutzen kann. Man muss nur wissen wie, das erklären wir Ihnen.
Wir gehen ausführlich auf die Leistung von Dünnschicht-Solarmodulen ein und erläutern die Produktion. Außerdem gehen wir auf die Anschaffungskosten ein und geben Tipps für sinnvolle Anwendungsgebiete.
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Was sind Dünnschicht-Solarmodule?
Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus eiener Art von Solarzellen, bei denen der photovoltaische Wirkungsgrad mit Hilfe von sehr dünnen Halbleiterschichten maximiert wird. Im Gegensatz zu herkömmlichen kristallinen Photovoltaikmodulen, bei denen “dicke” Silizium-Wafer verwendet werden, setzen dünnschichtige Module auf hauchdünne Halbleiterschichten.
Es gibt verschiedene Arten von Dünnschicht-Solarmodulen, darunter amorphes Silizium (a-Si), Cadmiumtellurid (CdTe) und Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid (CIGS).
Was ist der Unterschied von Dünnschicht-Modulen zu Dickschicht-Modulen?
Der Hauptunterschied zwischen Dünnschicht-Modulen und Dickschicht-Modulen liegt in der Dicke der Halbleiterschicht, die zur Umwandlung von Sonnenlicht in elektrische Energie verwendet wird.
Bei Dickschicht-Modulen, auch bekannt als kristalline Silizium-Module, handelt es sich um die herkömmliche Art von Solarmodulen. Sie bestehen aus dicken Silizium-Wafern, die in der Regel einen Durchmesser von etwa 150 bis 200 Mikrometern haben.
Im Gegensatz dazu bestehen Dünnschicht-Modulen aus sehr dünnen Halbleiterschichten, die in der Regel nur wenige Mikrometer dick sind.
Wie werden Dünnschicht-Solarmodule hergestellt?
Dünnschicht-Solarmodule werden in dünnen Aufschichtungen verschiedener leitfähiger Materialien hergestellt.
Jede dieser Technologien hat ihr eigenes Herstellungsverfahren. In diesem Fall wollen wir auf die Herstellung der gängigsten Form von Dünnschicht-Solarzellen eingehen, der Cadmium-Tellurid-Module.
Die Herstellung von CdTe-Dünnschicht-Modulen erfolgt in mehreren Schritten:
Ein leitfähiges Glassubstrat wird gereinigt und vorbereitet, um als Träger für die CdTe-Schicht zu dienen.
Eine dünne Schicht aus CdTe wird auf das Substrat aufgebracht. Dies kann durch verschiedene Methoden wie chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder Sputtern erfolgen.
Nach der CdTe-Schicht wird eine Rückkontakt-Schicht aufgebracht, die üblicherweise aus Cadmiumsulfid (CdS) besteht. Diese Schicht dient als elektrischer Kontakt zwischen CdTe und dem Substrat.
Metallische Elektroden werden anschließend auf die Rückkontakt-Schicht und die Vorderseite des Moduls aufgebracht, um Strom abzuführen und eine elektrische Verbindung herzustellen.
Das so entstandene Solarmodul wird in eine lichtdichte Versiegelung eingebettet und in einem Rahmen montiert, um es vor Umwelteinflüssen zu schützen.
Vor- und Nachteile von Dünnschicht-Solarmodulen
Der größte Vorteil der Dünnschicht-Module besteht in ihrem geringen Preis und dem geringen Gewicht, allerdings ist der Wirkungsgrad wesentlich geringer als bei anderen PV-Technologien.
Vorteil | Nachteil |
Sehr geringes Gewicht | Geringer Wirkungsgrad |
Gutes Schwachlichtverhalten, besser als bei mono- oder polykristallinen Zellen | Höhere Degradationsrate |
Kaum temperaturempfindlich | Hoher Flächenbedarf |
Günstiger Anschaffungspreis | Wenige Anbieter auf dem Markt |
Was kosten Dünnschicht-Solarmodule?
Dünnschicht-Solarmodule kosten zwischen 40 bis 80 € pro Module, haben dafür aber auch meist nur eine Leistung von 80 wP. Außerdem sind sie aktuell nur sehr schwer zu bekommen, da keine große Nachfrage auf dem Markt besteht. Weltweit gibt es außerdem auch nicht viele Hersteller, der bekannteste ist First Solar aus den USA.
Leistung von Dünnschicht-Solarmodulen
Die Leistung von Solarzellen mit Dünnschicht-Technologie haben einen geringeren Wirkungsgrad und damit auch weniger Leistung. Diesen und andere Leistungsfaktoren schauen wir uns im Folgenden genauer an.
Effizienz und Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad von Dünnschicht-Modulen ist mit 10 – 14 % deutlich geringer, als der von monokristallinen und polykristallinen Solarmodulen, dieser liegt zwischen 15 – 22 %. Somit ist auch die Effizienz niedriger, ihren Trumpf können die Dünnschicht-Solarzellen allerdings bei Schwachlicht ausspielen.
Schwachlichtverhalten
Untersuchungen haben gezeigt, dass der Wirkungsgrad bei schwächerem bzw. diffusem Licht bei Dünnschicht-Modulen kaum abnimmt. Das ist bei poly- und monokristallinen Solarzellen nicht der Fall, diese verlieren deutlich an Leistung, wenn kein direktes Sonnenlicht einfällt.
Temperaturbeständigkeit
Die Dünnschicht-Solarmodule reagieren weniger stark auf hohe Temperaturen, da das verwendete Cadmium-Tellurid weniger auf die Temperatur reagiert als Silizium. Bei Dünnschicht-Modulen liegt der Temperaturkoeffizient zwischen 0,1 bis 0,3 % pro Kelvin, während er bei Dickschicht-Modulen zwischen 0,3 bis 0,5 % pro Kelvin liegt.
Leistungsdegradation
Der Leistungsverlust bei Dünnschicht-Zellen ist völlig anders als bei kristallinen Solarmodulen, denn im ersten Jahr büßen die Zellen rund 20 % an Leistung ein durch chemische Reaktionen durch das Sonnenlicht. Dann altern sie aber kaum noch. Die Hersteller wissen aber natürlich von dieser Reaktion und rechnen diese gleich in die Leistungsangaben mit ein.
Lebensdauer
Die Lebensdauer von Dünnschicht-Solarzellen ist mit bis zu 20 Jahren deutlich geringer als die von kristallinen Solarzellen. Daher werden sie meist für Anwendungsgebiete genutzt, bei denen keine jahrzehntelange Nutzung vorgesehen ist.
Eignen sich Dünnschicht-Solarmodule für ein Einfamilienhaus?
Für die Versorgung eines Einfamilienhauses sind Dünnschicht-Solarmodule eher ungeeignet, da ihr Wirkungsgrad zu gering ist, um einen hohen Stromverbrauch zu decken. Um genügend Strom damit zu erzeugen, bräuchte man mehr Dachfläche als auf den meisten Einfamilienhäusern zu finden ist.
Daher sollten Sie eher auf poly- oder monokristalline Solarmodule zurückgreifen. Auch andere Technologien wie HJT-, PERC, TOPCon oder bifaziale Module sind eine gute Wahl für die Versorgung eines Haushalts.
Geeignete Anwendungsgebiete für Dünnschicht-Solarzellen
Dünnschicht-Solarzellen können ihre Vorteile in anderen Anwendungsgebieten ausspielen, bei denen leichtes Gewicht und Flexibilität gefragt ist.
Dünnschicht-Module können leicht in die Gestaltung von Gebäuden integriert werden. Denn sie können auf Glasdächern, Fassaden, Fenstern oder Balkongeländern angebracht werden, um Solarenergie zu erzeugen. Dafür müssen keine große und schwere Solarmodule installiert werden. Das ermöglicht eine nachhaltige und ästhetisch ansprechende Nutzung von Solarenergie in Gebäuden.
Zudem können Dünnschicht-Module auf flexible Substrate wie Kunststoff oder Metallfolien aufgebracht werden. Das macht sie zu einer idealen Option für Anwendungen, bei denen Flexibilität erforderlich ist. Sie können als flexible Solarmodule für tragbare Geräte wie Laptops, Mobiltelefone oder Campingausrüstung verwendet werden. Diese Module können auch gefaltet und somit platzsparend verstaut werden.