Monokristallin, polykristallin, organisch & Co – die verschiedenen Solarzellen im Überblick

Bereits im Altertum wurde die Sonne als Energielieferant genutzt. Insofern ist es fast verwunderlich, dass die Geschichte der Photovoltaik noch relativ jung ist. Den ersten richtigen Durchbruch feierten Solarzellen Ende des 20. Jahrhunderts. Bedingt durch die Ölkrise 1973, konzentrierte man sich erstmals verstärkt auf eine alternative Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energien. Und auch in den letzten Jahren gab es ausgelöst durch Klimawandel, Energiekrise und Co einen regelrechten Boom auf Solaranlagen. Fest steht: Sonnenenergie und andere erneuerbare Energien sind die Zukunft und so arbeiten Forscher weltweit mit Hochdruck an ihrem Ausbau. Für die PV-Anlagen bedeutet das eine kontinuierliche Weiterentwicklung der Solarmodule und infolgedessen mittlerweile eine Vielzahl an unterschiedlichen Solarzellen.

Ob beim Herstellungsverfahren, bei der Wahl des Trägermaterials oder bei ihren Eigenschaften – es gibt große Unterschiede zwischen den verschiedenen Solarzellen. Wir stellen Ihnen hier die verschiedenen Module vor:

• Polykristalline Solarzellen
• Monokristalline Solarzellen
• Dünnschichtmodule
• Organische Solarzellen
• Halborganische Perowskit-Solarzellen

Viele Jahre galten polykristalline Solarzellen als Standard, weshalb heutzutage rund 80 Prozent der aktuell in Deutschland betriebenen PV-Anlagen mit diesen Modulen ausgestattet sind. Sie erkennen sie optisch an der blauen, ungleichmäßigen Färbung. Wie der Name bereits vermuten lässt, setzen sich die Zellen aus vielen kleinen Kristallen zusammen. Als Halbleiter fungiert Silizium, allerdings ist das Material nicht ganz so rein wie das von monokristallinen Solarzellen und die Herstellung weniger aufwendig. Dadurch überzeugen diese Solarmodule mit einem geringeren Preis.

• Blaue Färbung
• Durchschnittlicher Wirkungsgrad von 15 – 20 %
• Lange Lebensdauer von rund 30 Jahren
• Niedriger Leistungsverlust
• Vergleichsweise günstige Anschaffungskosten

Monokristalline Solarmodule werden in einem aufwendigen Verfahren hergestellt, weshalb diese Variante deutlich teurer ist als die polykristalline. Die Zellen enthalten reines kristallines Silizium, das als Halbleiter dient. Sie erkennen eine PV-Anlage mit Monokristallen an der dunkelblauen bis schwarzen Farbe und der gleichmäßigen Oberfläche. Heutzutage gehören diese Module bei den meisten Herstellern zur ersten Wahl, denn sie sind wenig störanfällig, überzeugen mit einer langen Lebensdauer von rund 30 Jahren und einem sehr hohen Wirkungsgrad. Dadurch sind diese Solarzellen dabei, den multikristallinen Vorgänger Schritt für Schritt abzulösen.

Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 25 % arbeiten die monokristallinen Solarmodule extrem effizient. Damit eignen sie sich hervorragend für Privatdächer mit einer überschaubaren Dachfläche. Bei einem ungünstigen Standort oder Beschattung reduziert sich der Wirkungsgrad. Bei sehr hohen Temperaturen kann die Leistung ebenfalls absinken.

Bei dieser bekannten Variante der Photovoltaikmodule ist der Name Programm: Die Solarpaneele (in der Regel aus Silizium) bestehen aus extrem dünnen Solarzellen und zeichnen sich durch eine hohe Flexibilität und ein geringes Gewicht aus. Auch preislich überzeugen sie, denn die Herstellung, bei der das Halbleitermaterial in einer dünnen Schicht auf das Trägermaterial (etwa Glas oder Folie) aufgesprüht wird, ist relativ kostengünstig. Erkennbar sind Dünnschicht-Solarzellen an der dunkelgrünen oder bräunlich-schwarzen Färbung und an dem nicht vorhandenen Rahmen. Warum diese dünnen Solarmodule bislang bei Photovoltaikanlagen dennoch wenig Verwendung finden, liegt daran, dass diese Variante nicht nur Vorteile, sondern auch Nachteile mit sich bringt.

Die Weiterentwicklung von Siliziummodulen hat ihre Grenzen. Diese sind zwar noch nicht erreicht, aber allein aus physikalischen Gründen werden mono- oder polykristalline Module nie mehr als 30 % des einfallenden Sonnenlichts nutzen können. Deshalb ist es notwendig, die Photovoltaik weiterzuentwickeln. Eine der neuesten Innovationen in der Solarbranche sind organische Solarzellen, im Grunde eine besondere Form der Dünnschichtmodule. Idee dieser Technologie ist es, dass Halbleiter aus Kohlenstoffverbindungen die kristallinen PV-Module ersetzen. Auch wenn bereits einige Hersteller Solarmodule dieser Art anbieten, so befindet sich die Technologie noch in den Kinderschuhen und ist noch lange nicht ausgereift. Aktuell liegt der Wirkungsgrad gerade einmal bei 6 – 10 %.

Ein weiterer Hoffnungsträger der Photovoltaik: Perowskite. Dabei handelt es sich um ein Hybridmaterial aus organischen und anorganischen Materialien, das eine bestimmte Kristallstruktur aufweist. Sobald Sonnenlicht auf die halborganischen Halid-Perowskite trifft, reagieren diese und wandeln die Sonnenstrahlung in elektrischen Solarstrom um. Dass sie über diese photovoltaische Funktion verfügen, wurde bereits 2009 entdeckt, doch gerade in den letzten Jahren wurde weiter an dieser Art der Solarzellen geforscht, sodass sie laut Expertenmeinung kurz vor der Markteinführung steht.

Perowskite trumpfen mit vier großen Vorteilen und könnten die klassischen Module deshalb in der Zukunft ablösen:

• Sie bieten bereits jetzt schon einen hohen Wirkungsgrad von aktuell über 25 %.
• Sie werden langfristig deutlich günstiger in der Herstellung sein, da der kristalline Dünnschichtfilm als flüssige Lösung einfach aufgestrichen oder aufgesprüht werden kann.
• Sie bestechen mit einer leichteren Anwendung, denn die Erzeugung von Solarstrom unter Lichteinfluss ist dank ihrer speziellen Struktur ein einfacher Prozess.
• Sie lassen sich unkompliziert mit anderen Materialien zu Tandemsolarzellen verbinden. So lässt sich die Leistungsfähigkeit weiter steigern.

Die Photovoltaik-Forschung läuft auf Hochtouren und das klare Ziel ist es, in der Zukunft kostengünstige, umweltfreundliche Solarmodule mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad herzustellen. In vielen Innovationen steckt ein großes Potenzial – allerdings sind sie zum jetzigen Zeitpunkt noch Zukunftsmusik. Doch auch die heutigen Module punkten schon mit einem sehr hohen Wirkungsgrad und einer langen Lebensdauer. Ob Sie sich für monokristalline Solarzellen mit einer hohen Effizienz oder die preiswerten polykristallinen Solarzellen entscheiden, hängt nicht nur von Ihrem Budget, sondern auch von Ihrem Standort, der Fläche Ihres Daches und Ihren Ansprüchen an Ihre Solaranlage ab.