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Herstellung eines Solarmoduls
Woraus besteht ein Solarmodul? Ganz einfach: aus Sand – dem häufigsten Element der Erde. Natürlich braucht es einige Produktionsschritte, bis ein fertiges Solarmodul entsteht:
1. Sand
Ausgangsmaterial für die Herstellung einer Solarzelle ist Quarzsand (kristallines Silizium). Davon ist reichlich auf der Erde vorhanden, zum Beispiel als Siliziumoxid, also Quarz, in jeder Sanddüne. Aufgrund seiner Funktion als Halbleiter und seiner grossen Vorkommnisse ist Silizium der ideale Rohstoff für die Solarindustrie.
2. Roh-Silizium
Aus Quarzsand wird über einen mehrstufigen Prozess hochreines Roh-Silizium gewonnen.
3. Ingot
Aus dem Roh-Silizium entstehen unter hohen Temperaturen (1'400-1'800°C) so genannte Ingots. Bei polykristallinen Ingots wird das Roh-Silizium in Blöcke gegossen. Bei monokristallinen Ingots wird aus der flüssigen Siliziumschmelze ein „Stab“ gezogen (ähnlich wie beim Kerzenziehen).
4. Wafer
Die Ingots werden mittels High-Tech Drahtsägen oder Wasserstrahlschneiden in dünne Scheiben von 0.25-0.4 mm Dicke gesägt. Diese „Wafer“ sind also reine Siliziumscheiben, die zur Weiterverarbeitung zur Solarzelle bereit sind.
5. Solarzelle
Eine Solarzelle ist in zwei Schichten mit unterschiedlicher Ladung aufgebaut. Um die Schichten zu erzeugen, werden auf der oberen und unteren Schicht gezielt verschiedenartige Fremdatome eingebracht. Dies geht zum Beispiel so vor sich, dass man aus einem geeigneten Gas und bei hoher Temperatur Fremdatome auf einer Seite der Silizium-Scheibe eindringen („diffundieren“) lässt. Dieser Prozess wird Dotierung genannt. Anschliessend wird eine in der Regel bläulich schimmernde Antireflex-Schicht aufgebracht. Mit deren Hilfe erreicht man eine möglichst grosse Lichtabsorption. Um die durch den Sperrschicht-Effekt entstehende Spannung von beiden Seiten der Solarzelle abgreifen zu können, müssen auf der Vorder- und Rückseite Metallkontakte aufgebracht werden. Auf der Vorderseite werden meist Metallgitter aufgedruckt (zum Beispiel im Siebdruckverfahren). Diese Gitter sollen einerseits die optimale Ausnutzung der Oberfläche für die Stromgewinnung sicherstellen und andererseits so wenig wie möglich den Lichteinfall in die Solarzelle behindern. Auf der Rückseite kann der Metallkontakt dagegen ganzflächig ausgeführt werden.
6. Solarmodul
Laminieren eines Solarmoduls: Im Vakuum und bei Hitze werden die Zellen mit Hilfe von „EVA“ zwischen einer Tedlar-Folie und dem Glas dauerhaft einlaminiert.
Mehrere Solarzellen werden nun in Serie geschaltet (verlötet). Um diese vor Witterungseinflüssen und mechanischer Beanspruchung zu schützen, werden die Zellen einlaminiert.
Zum Schluss wird das Laminat mit einem Rahmen versehen, der es vor der Witterung schützt – und fertig ist ein Solarmodul, das während 20 bis 50 Jahren gratis Strom produziert!