Der Dreck muss weg
von Bettina Seidl
Silizium muss gereinigt werden, damit daraus Solarzellen hergestellt werden können. Eine Alternative zum teuren Siemens-Verfahren ist die direkte Reinigung von metallurgischem Silizium.
In einem Lichtbogenofen wird metallurgisches Silizium hergestellt, das anschließend noch gereinigt wird.
Dreckiges Silizium gibt es in rauen Mengen. Es handelt sich nämlich um Sand, um Quarzsand. Darin sind jede Menge Metalle wie Eisen, Titan, Chrom, Aluminium, die den Betrieb einer Solarzelle stören würden. Der Sand muss daher gereinigt werden. Hauptabnehmer des „gesäuberten“ Siliziums war lange Zeit die Computerindustrie, die daraus Mikrochips machte. Die junge Solarindustrie verwendete in ihren Anfängen das gleiche Material, auch wenn sie nicht ein so hohes Maß an Reinheit brauchte. Es hätte sich schlicht nicht gelohnt, ein eigenes Reinigungsverfahren zu entwickeln. Die Branche steckte in den Kinderschuhen, die Absatzmengen waren noch zu gering. Das ist inzwischen anders: Mittlerweile geht mehr als die Hälfte des reinen Siliziums in die Solarindustrie. Noch dazu herrscht seit nunmehr drei Jahren ein preistreibender Mangel an Silizium. Die Zeit ist also reif für Alternativen zum teuren Siemens-Verfahren, bei dem Rohsilizium in einer Gasphase bei hohem Druck und hoher Temperatur gereinigt wird.
Zehnmal effizienter
Eines der neuen Verfahren ist die direkte Reinigung von metallurgischem Silizium durch Schmelzen, Entfernen der Schlacken und Auslaugen. Die Herstellung ist weniger energieintensiv und damit günstiger. Außerdem ist sie in mehrfacher Hinsicht effizienter: Die Fabrik kann zehnmal so groß gebaut werden, entsprechend wirft sie größere Mengen Silizium aus. Der Bau der Anlage kostet nur ein Zehntel des herkömmlichen Preises – und er ist deutlich schneller abgeschlossen.
Reiche Ausbeute
Das so gereinigte Silizium wird auch "upgraded metallurgical grade" genannt, also verbessertes metallurgisches Silizium. Den Qualitätstest hat das "umg"-Silizium bereits bestanden. Q-Cells beispielsweise erreicht bei Solarzellen einen Wirkungsgrad von 15 – 16,6 Prozent. Der Wirkungsgrad gibt an, wieviel der einfallenden Sonnenstrahlen in Strom verwandelt wird. Bei Q-Cells wird also rund ein Sechstel bis ein Siebtel der Sonnenenergie zu Strom. In genau dieser Range liegt auch die Ausbeute der Solarzellen, die aus Siemens-Silizium hergestellt werden. Natürlich lassen sich mit reinerem Stoff auch höhere Wirkungsgrade erreichen. Die besten Zellen kommen auf 22 Prozent Wirkungsgrad. Kürzlich wurde sogar ein Rekord von 39,7 Prozent erreicht. Aber für die industrielle Fertigung wäre das noch zu aufwändig.
Anfangs glaubte man, dass umg-Silizium vermischt werden muss mit reinerem Silizium, um eine akzeptable Qualität zu erreichen. Man ging von maximal 30 Prozent Beimischung aus. Mittlerweile weiß man, dass die Qualität besser ist als gedacht. Q-Cells nimmt das Material zu 100 Prozent
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