Amorphe Solarzellen: Aufbau, Wirkungsgrad, Vor- und Nachteile

Kai Janßen
Zuletzt aktualisiert:
20/10/2021
Kategorie: Solarzellen

Amorphe Solarzellen besitzen keinen Halbleiter aus kristallinem Silizium. Stattdessen wird nur lediglich hauchdünne Schicht Silizium auf ein Trägermaterial gedruckt beziehungsweise aufgedampft. Hierdurch werden im Produktionsprozess Kosten und Ressourcen eingespart. 

Deshalb sind amorphe Solarzellen in der Anschaffung vergleichsweise günstig, verfügen allerdings auch über einen geringeren Wirkungsgrad als Solarzellen mit kristallinem Silizium.

Woraus bestehen amorphe Solarzellen?

Analog zu allen gängigen Solarzellentypen besteht das Herzstück amorpher Solarzellen, der Halbleiter, aus Silizium. Bei konventionellen Solarzellen besteht dieser Halbleiter aus sogenannten Wafern. Hierbei handelt es sich um feine Scheiben, die von einem Siliziumstab, dem Ingot, abgeschnitten werden. Diese Wafer bestehen deshalb immer aus einem oder mehreren Siliziumkristallen.

Bei amorphen Solarzellen hingegen wird kein kristallines Silizium verwendet. Dadurch leitet sich auch ihr Name ab. Dieser stammt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie „gestaltlos“, was in diesem Kontext mit „nicht kristallin“ gleichgesetzt werden kann. 

Amorphe Solarzellen im Einsatz

Amorphe Solarzellen im Einsatz

Wie werden amorphe Solarzellen hergestellt?

Der Herstellungsprozess amorpher Solarzellen ist vergleichsweise einfach und unkompliziert. Denn hier entfällt die teure und energieaufwendige Produktion eines Siliziumstabes, von dem die Wafer abgeschnitten werden.

Um die Halbleiter von amorphen Solarzellen herzustellen, werden extrem dünne Schichten amorphem Silizium auf ein Trägermaterial aufgedruckt oder –gedampft. Die Siliziumschicht misst dabei 1 bis 5 Mikrometer, wobei ein Mikrometer einem tausendstel Millimeter entspricht.

Die Wahl des Trägermaterials ist dabei entscheidend für die späteren Eigenschaften der Solarzelle. Zumeist wird Glas eingesetzt. Dadurch wird die Zelle fest und eignet sich sehr gut für eine Dachanlage.

Wird amorphes Silizium allerdings auf flexiblen Kunststoff aufgetragen, ist die fertige Solarzelle formbar und kann beispielsweise aufgerollt werden. Hierdurch wird der Einsatz für mobile oder in Kleidungsstücken integrierte Solarzellen deutlich erleichtert.

Neben Kunststoffen und Glas kann auch Metall als Trägermaterial für die Siliziumschicht verwendet werden. Im Gegensatz zu kristallinen Solarmodulen benötigen amorphe Dachpaneele keinen Metallrahmen. Dadurch sammelt sich auf diesen weniger Schmutz. Durch die geringere Verschmutzung können amorphe Solarzellen besser ihre komplette Leistungskraft ausschöpfen.

Welchen Wirkungsgrad erzielen amorphe Solarzellen?

Amorphe Solarzellen besitzen einen Wirkungsgrad von 10 bis 15%. Dieser ist erheblich geringer als der Wirkungsgrad konventioneller Zellen. Diese können je nach Typ Wirkungsgrade von bis zu 25% erzielen. Um mit amorphen Solarzellen die gleiche Menge an Strom zu produzieren wie mit konventionellen Zellen, benötigt man ungefähr die 1,2- bis 1,4-fache Fläche. Denn neben dem Wirkungsgrad der einzelnen Solarzellen, müssen auch Verluste, die durch die Verkabelung, den Wechselrichter etc. entstehen, in die Berechnung mit einbezogen werden.

Da diese Komponenten sowohl bei kristallinen als auch bei amorphen Solarzellen eingesetzt werden, ist der Unterschied im Gesamtwirkungsgrad der Anlagen geringer als bei den einzelnen Zelltypen.

Vor- und Nachteile von amorphen Solarzellen

Amorphe Solarzellen sind weniger leistungsstark als konventionelle Solarzellen. Darüber hinaus ist ihre Degradation in den ersten Monaten besonders hoch. Hierdurch reduziert sich ihr Wirkungsgrad zu Beginn der Nutzung sehr stark. Im Anschluss an diese initiale Abnahme des Wirkungsgrads bleibt dieser allerdings relativ stabil.

Die meisten Hersteller beziehen diesen anfänglichen Abfall des Wirkungsgrads mit ein und geben deshalb direkt einen entsprechenden Wert für die Plateauphase an. Zwar ist der fehlende Rahmen amorpher Solarzellen in Bezug auf die Verschmutzungsneigung der Paneele positiv zu bewerten, allerdings wird hierdurch die Montage erschwert und die Stabilität der PV-Module beeinträchtigt.

Trotz ihres relativ geringen Wirkungsgrades befinden sich amorphe Solarzellen auf dem Vormarsch. Denn ihr innovativer Herstellungsprozess sorgt für erhebliche Kosteneinsparungen, wodurch amorphe Solarmodule erschwinglich sind.

Die Herstellung von Siliziumhalbleitern ist bei der Produktion von Photovoltaikmodulen der energieintensivste Prozessabschnitt. Durch den besonders geringen Siliziumverbrauch bei ihrer Produktion weisen amorphe Solarzellen deshalb eine sehr gute Energiebilanz auf. Sie amortisieren sich diesbezüglich bereits nach 1 bis 2 Jahren.

Ein weiterer elementarer Vorteil amorpher Solarzellen ist ihre hohe Formbarkeit. Somit können sie aufgerollt werden. Deshalb sind sie das Mittel der Wahl, wenn beispielsweise Kleidungsstücke, Rucksäcke etc. mit Solarzellen versehen werden.

Für Solaranlagen auf Dächern ist insbesondere die hohe Effizienz bei schwachem Lichteinfall ein positives Merkmal amorpher Solarzellen. Somit eignet sich diese Technik besonders gut für Dächer mit einer hohen Beschattung oder Nordausrichtung.

Doch auch bei extrem starker Sonneneinstrahlung können amorphe Solarzellen Vorteile aufweisen. Denn ihr Wirkungsgrad reduziert sich bei sehr hohen Temperaturen im Modul weniger stark als bei kristallinen Modulen.

Fazit

Beim Bau von Photovoltaikmodulen ist ein rasanter technischer Fortschritt zu beobachten. Durch immer neue Innovationen und Durchbrüche konnten die Produktionskosten und die Leistungsfähigkeit der PV-Module erheblich gesteigert werden.

Amorphe Solarzellen stellen eine Weiterentwicklung Solarzellenproduktion dar, mit deren Hilfe Ressourcen im Herstellungsprozess eingespart werden kann. Hierdurch sind diese Module in der Anschaffung besonders günstig und weisen einen relativ geringen Carbon-Footprint auf.

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