Fotovoltaik: Lichtblick aus dem Labor

Ist Winfried Hoffmann noch zu retten? Die Solarhersteller stecken in einer tiefen Krise, und der Präsident des Verbands der europäischen Fotovoltaikindustrie Epia prophezeit ihnen eine "aussichtsreiche Zukunft". "Der Siegeszug der Fotovoltaik lässt sich nicht mehr stoppen", sagt Hoffmann. Epias Prognose: Wenn die Politik Solarinstallationen weiter fördert und Genehmigungsverfahren vereinfacht, wird sich der Anteil der Sonnenenergie an der Stromversorgung in Europa bis 2030 auf 25 Prozent verzehnfachen.

Grund für großen Optimismus gibt es derzeit aber kaum. Chinesische Solarhersteller haben die Nachfrage völlig überschätzt und riesige Produktionskomplexe für Solarmodule aufgebaut. Nun sorgen massive Überkapazitäten dafür, dass die Preise schneller fallen, als die Produzenten ihre Kosten senken können. Schrumpfende Margen haben bereits zahlreiche europäische Hersteller in die Insolvenz getrieben. Außerdem kürzen viele Länder die Einspeisevergütung für Solarstrom. In Deutschland zum Beispiel soll bei 52 Gigawatt (GW) installierter Gesamtleistung Schluss sein. Da dieses Jahr bereits über 30 GW Gesamtinstallationen erreicht werden dürften, wird dieser Förderdeckel vermutlich noch vor 2020 greifen.

Dennoch ist für die Solarbranche nicht alles verloren. "Entscheidend sind jetzt kostensenkende Innovationen, mit denen die Firmen dem Preisverfall leichter trotzen können", sagt Markus Fischer, Vize-Vorsitzender der Technologie-Roadmap Fotovoltaik (ITRPV), einer Arbeitsgruppe im europäischen Halbleiterverband Semi. Die Industrie hat sich daher zu raschen Neuerungen verpflichtet und in der ITRPV ehrgeizige Ziele festgelegt: Bis 2020 wird der Wirkungsgrad kristalliner Siliziumzellen um drei Prozentpunkte auf bis zu 23 Prozent steigen. Dank des Effizienzgewinns und Siliziumersparnissen sinkt die Lernkurve der Fotovoltaik fortan schneller. Bisher fielen die Kosten um durchschnittlich 20 Prozent pro Jahr, künftig sollen Einsparungen von 29 Prozent möglich sein.

Schutzschicht aus Silizium

Die Solarmaschinenbauer legen den Grundstein für den angepeilten Effizienzsprung. Gleich mehrere Ausrüster fertigen derzeit Linien, die bei sinkenden Kosten leistungsstärkere Zellen und Module hervorbringen. Zu den neuesten Entwicklungen zählt eine Hocheffizienzstraße der Schweizer Firma Meyer Burger. Sie prozessiert monokristalline Siliziumscheiben (Wafer) zu sogenannten Heterojunction-Zellen mit 21 Prozent Wirkungsgrad. Dank der hohen Effizienz steigt die Leistung der Module gegenüber Standardpaneelen um rund zehn Prozent auf 303 Watt. Die Innovation könnte den Solarherstellern einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil bringen. "Bis 2014 wollen wir den Wirkungsgrad der Zellen auf 24 Prozent erhöhen und gleichzeitig deren Produktionskosten auf unter zehn Dollarcent pro Watt senken", sagt Firmensprecher Mario Schubert. Derzeit fertigen Meyer Burgers Linien kristalline Standardzellen noch für 17 bis 18 Cent.

Heterojunction-Zellen zählen zu den großen Errungenschaften der Fotovoltaik. Sanyo  aus Japan entwickelte die Technik und hielt daran bis 2010 die Schutzrechte. Die heutige Meyer-Burger-Tochter Roth & Rau griff das Konzept auf und entwickelte ein neues Fertigungsverfahren dafür. Für eine höhere Stromausbeute kombinieren die Zellen kristalline mit Dünnschichttechnik. Die Wafer werden beidseitig mit amorphem Silizium, also vollkommen unregelmäßig strukturiertem Silizium, beschichtet. Es dient als Schutzschicht, die Stromverluste an der Oberfläche verringert.

Schlanke Stromlieferanten

Heterojunction-Zellen sind aber nur ein Weg zu höheren Wirkungsgraden. Eine andere Möglichkeit bietet das sogenannte Perc-Konzept (Passivated Emitter and Rear Contact). Hier reduziert eine zusätzliche Barriereschicht Stromverluste zwischen Halbleiter und metallenen Kontakten an der Rückseite der Zellen. Der schwäbische Maschinenbauer Schmid kann Perc-Zellen mit nahezu 21 Prozent Wirkungsgrad ohne zusätzliche Kosten herstellen. Um die Barriereschicht möglichst günstig zu fertigen, nutzt das Unternehmen statt eines gängigen Beschichtungsverfahrens im Vakuum einen nach eigenen Angaben weniger aufwendigen Prozess unter Atmosphärendruck. "Wir sind die ersten, die dieses Verfahren anwenden", sagt Verkaufsmanager Dirk Bräunlich.

Während Schmid die Markteinführung optimierter Perc-Zellen startet, ist die nächste Generation schon in Vorbereitung. Um Silizium zu sparen, entwickelt das belgische Forschungsinstitut IMEC noch dünnere Perc-Zellen. "Wir haben Zellen auf nur 100 Mikrometer dicken Wafern mit industrietauglichen Prozessen produziert", sagt IMEC-Solarforscher Jef Poortmans. Solarworld hat die schlanken Stromgeneratoren nahezu bruchfrei zu Modulen weiterverarbeitet.

Die entscheidende Frage ist allerdings, ob sich die Solarhersteller den nächsten Technologieschritt auch leisten können. Die Firmen sind wegen der Krise zu großen Ausgaben nicht in der Lage. Für neue Konzepte wie Heterojunction-Zellen lassen sich bestehende Linien aber nicht punktuell aufrüsten - sie müssen komplett erneuert werden, was hohe Anfangsinvestitionen bedeutet. Dennoch rechnet man bei Meyer Burger mit einem guten Absatz. Sogar ein großer deutscher Hersteller habe bereits Kaufinteresse bekundet, weil er sich damit von seinen chinesischen Konkurrenten abheben wolle, sagt Firmensprecher Schubert. Vielleicht liegt Epia-Präsident Hoffmann mit seiner Prognose doch nicht so falsch.

Mehr Effizienz, weniger Siliziumverbrauch

Die europäische Solarindustrie will mit neuen Zellenkonzepten und Produktionsverfahren den Wirkungsgrad monokristalliner Siliziumzellen bis 2020 um 17,5 Prozent erhöhen und gleichzeitig den Siliziumverbrauch um ein Drittel senken. Dadurch sollen die Kosten für Solarmodule jährlich um bis zu 30 Prozent reduziert werden.