TEIL C

Die verschiedenen Solarzellenarten IV

Quanten-Dot-Solarzellen

Bei den vorangegangenen Solarzellen-Arten sind Quantenpunkte (quantum dots), Quantentröge (quantum wells) o.ä. schon mehrfach erwähnt worden, ohne jedoch tiefer in die Materie einzusteigen. Es handelt sich dabei um winzige Kristalle aus Halbleitern, die nur wenige Nanometer breit sind. Ich habe versucht, hier alle Entwicklungen zusammenzufassen, die sich primär auf den Einsatz dieser Technologien beziehen, auch wenn es dadurch zu einigen Wiederholungen kommt.

Dank ihrer Größe haben Quantenpunkte einzigartige Fähigkeiten, mit Licht wechselzuwirken. In Silizium befreit jeweils ein Photon des Lichts ein einzelnes Elektron aus der atomaren Umlaufbahn. Doch schon in den späten 1990er Jahren postuliert Arthur Nozik vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) in Golden, Colorado, daß die Halbleiter-Nanokristalle bestimmter Materialien zwei oder mehr Elektronen freisetzen könnten, wenn sie von hochenergetischen Photonen getroffen werden, wie sie in Richtung des blauen und ultravioletten Endes des Spektrums auftreten.

Im Jahr 2004 gelingt Victor Klimov vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico der erste experimentelle Nachweis, daß Noziks Postulat richtig ist, und 2006 zeigt er, daß Quantenpunkte aus Bleiselenid bis zu sieben Elektronen pro Photon produzieren können, wenn sie hochenergetischem UV-Licht ausgesetzt werden. Nozik Team kann bald darauf auch die Wirkung in Quantenpunkte anderer Halbleiter wie Bleisulfid und Bleitellurid nachweisen, allerdings gelingt es noch nicht, geeignete Materialien für die Vermarktung zu produzieren.

Die Technologie zur Anwendung der Quantenpunktmaterialen geht auf die Chemikerin Pamela Shapiro und ihr Team an der University of Idaho im Jahr 2006 zurück, wo eine CIS-Zelle entsprechend modifiziert wird, um die sonst überschüssige Abwärme ebenfalls in Strom umzuwandeln.

An der australischen University of New South Wales in Sydney wird Ende 2006 an der Weiterentwicklung von Silizium-Zellen gearbeitet. Prof. Martin Green, der sich schon seit über 20 Jahren mit Optimierungsschritten wie dem lasergestützten Eingravieren von V-Ritzen in Solarzellen beschäftigt (s.u. Konzentratoren), stellt eine Mehrschicht-Zelle vor, bei der die Quantendotierung Wellenlängen zwischen 1.100 nm (Infrarotlicht) bis zu 600 nm (rotes Licht) absorbieren kann. Während die oberen Schichten mit den kleinsten dots die kürzesten Wellenlängen absorbieren, steigert sich mit der Größe der dots auch die Länge der Wellen, die in Strom umgewandelt werden. Die Zelle von Green besteht zu diesem Zeitpunkt aus drei Schichten.

Im März 2007 zeigen die Forscher in Noziks Labor den extra-Elektronen-Effekt auch in Quantenpunkten aus Silizium, wobei die besten Quantenpunkt-Solarzellen des Teams allerdings nur einen Wirkungsgrad von etwa 2 % erreichen. Man hofft, diese Effizienz durch Modifizierung der Oberflächen der Quantenpunkte oder durch eine Verbesserung des Elektronentransports zwischen den Punkten steigern zu können, denn theoretischen Berechnungen zufolge könnten auf Quantenpunkten basierende Solarzellen einen maximalen Wirkungsgrad von 42 % erzielen.

Mitte 2007 wird auch am NREL, und zwar in Zusammenarbeit mit der Firma Innovalight Inc., intensiv an der Weiterentwicklung von Quantenpunktmaterialen gearbeitet. Bei diesem handelt es sich um Nanokristalle aus Silizium, die im Gegensatz zu anderen Materialien den Vorteil haben, daß für jedes eindringende Photon des hochenergetischen Sonnenlichtes nicht nur ein, sondern zwei oder sogar drei Elektronen produziert werden. Und während sich in den meisten Solarzellentypen die Energie des blauen und ultravioletten Bereichs des Spektrums in nutzlose Abwärme umwandelt, sind die Nanokristalle in der Lage, neue quantenmechanische Effekte zu nutzen, um auch diese Energie in Elektronen umzuwandeln. Damit können sich Wirkungsgrade bis zu 40 % erreichen lassen, durch den Einsatz von Konzentratoren sogar bis zu 60 %. Außerdem soll die Technologie, die inzwischen als mehrfache Exzitonerzeugung (Multiple Exciton Generation, MEG, s.d.) bezeichnet wird, wesentlich preisgünstiger als andere sein. Hinzu kommt, daß hier auch keine giftigen Substanzen wie Blei oder Cadmium benutzt werden, und ebenso wenig seltene Materialien wie zum Beispiel Indium. An den weiteren Arbeiten zur Umsetzung dieser Technologie beteiligen sich auch Ingenieure der University of Delaware.

Im November 2007 erhält ein Team der University of California San Diego um Prof. Edward Yu einen Zuschuß in Höhe von 885.000 $ vom Solar America Program des DOE zur Weiterentwicklung von Dünnschicht- und Nanodraht-Solarzellen, bei denen Nanostrukturen, einschließlich Halbleiter-Quantentöpfen und Photonen-streuenden Nanopartikeln integriert sind. Man geht hier von einem Wirkungsgrad-Potential von fast 45 % aus.

Daß vierbeinige Quantenpunkte bei der Umwandlung von Sonnenlicht in elektrischen Strom effizienter sind als normale Quantenpunkte, zeigen Forschungen eines Teams der University of California Santa Cruz um Prof. Jin Zhang, an dem auch Wissenschaftler aus Kalifornien, Mexiko und China mitarbeiten. Das neu entwickelte Material beruht auf zwei Technologien aus dem Bereich der Nanotechnologie. Die eine ist die Verwendung von mit Stickstoff dotierten Metalloxid-Nanopartikeln, während das andere Verfahren Quantenpunkte nutzt, um die Umwandlung der Solarenergie durch Injizieren von Elektronen in einen Metalloxidfilm zu erhöhen. Zhang kombiniert die beiden Konzepte und produziert einen Film, der sowohl mit Stickstoff dotiert als auch durch Quantenpunkte Elektronen injiziert. Damit wir ein Wirkungsgrad von 1 % erreicht.

Im März 2008 melden Forscher der University of Notre Dame um Anusorn Kongkanand, daß sie erstmals Solarzellen mit unterschiedlich großen Quantenpunkten erzeugt haben, die jeweils auf eine spezifische Wellenlänge des Lichts abgestimmt sind (Größenquantisierungseffekt). Kleinere Quantenpunkte absorbieren kürzere Wellenlängen des Lichts, während größere Quantenpunkte längere Wellenlängen absorbieren. Durch die Anordnung dieser Quantenpunkte in einem geordneten Muster wollen die Wissenschaftler mittelfristig eine Art ‚Regenbogen’-Solarzelle herstellen, die effizient einen großen Teil des nutzbaren Spektrums des Sonnenlichts ernten kann – mit Effizienz-Werten größer als 30 %.

Bei ihren ersten Umsetzungen plazieren die Forscher Quantenpunkte aus Cadmiumselenid in einer einzigen Schicht auf der Oberfläche von Nano-Folien bzw. -Röhrchen aus Titandioxid. Nach Absorption von Licht injizieren die Quantenpunkte Elektronen in die TiO₂-Strukturen, die dann bei einer leitenden Elektrode gesammelt werden. Verwendet werden Quantenpunkte in vier verschiedenen Größen (zwischen 2,3 und 3,7 nm Durchmesser), die absorbierende Peaks bei unterschiedlichen Wellenlängen zeigen (zwischen 505 und 580 nm). Man stellt fest, daß hohle Nanoröhrchen von 8.000 nm Länge, in denen sowohl die inneren als auch die äußeren Oberflächen für die Applikation von Quantenpunkten zugänglich sind, Elektronen effizienter transportieren können als Filme. Die Forschung wird durch das Office of Basic Energy Sciences des Department of Energy gefördert.

Eine Forschungsgruppe an der Universität von Chicago zeigt im Laufe des Jahres 2008, daß sich Quantenpunkte gut dafür einsetzen lassen, die Abkühlrate von heißen Elektronen abzubremsen

Anfang 2009 veröffentlichen Wissenschaftler der Rice University in Houston, Texas, um Pedro J. Alvarez eine Studie, der zufolge sich die submikroskopischen Quantenpunkte bei normaler Verwendung oder nach der Entsorgung zersetzen und dabei giftige Metalle in die Umwelt freisetzen könnten. Die Studie warnt davor, daß „die Freisetzung von giftigen anorganischen Bestandteilen während ihrer Verwitterung unter sauren oder alkalischen Bedingungen im menschlichen Körper oder in der Umwelt unbeabsichtigte Schäden verursachen kann, die nur schwer mit kurzfristigen Toxizitätstest vorherzusagen sind.“

Im Februar 2010 berichten Forscher des Rochester Institute of Technology, daß Triple-Junction-Solarzellen aus InGaP, InGaAs und Ge, deren mittleres Absorptionsspektrum durch Quantenpunkte erweitert wird, eine theoretische Effizienz von 47 % erreichen könnten. Weitere Vorteile bilden die erhöhte Toleranz gegenüber Strahlung und Temperatur.

In drei Mitte 2010 veröffentlichten Studien kündigen Wissenschaftler weitere Schritte im Bereich der Quantenpunkt-Solarzellen an.

Zum einen zeigen Forscher der University of Texas in Austin um Prof. Xiaoyang Zhu, daß die aktuelle Grenze des Solarzellenwirkungsgrades von 31 % durch Quantenpunkte zumindest theoretisch auf bis zu 66 % gesteigert werden könnte, da diese Zellen zwei Drittel der Energie der Sonne in elektrische Energie konvertieren. Bei dem vorliegenden Ansatz werden Halbleiter-Nanokristalle aus Bleiselenid zu langsamen Kühlung der heißen Elektronen verwendet, um Zeit zu schaffen, auch diese zu absorbieren. Als Leiter wird Titandioxid eingesetzt, in Form kostengünstigen ‚Drahts’. Die Finanzierung dieser Forschung erfolgt durch das US Department of Energy (DOE).

In der zweiten Studie berichtet ein Team des Lawrence Berkeley National Laboratory, daß die Hinzufügung von Selen zum relativ kostengünstigen Zinkoxid dessen Effizienz bei der Aufnahme von Sonnenlicht dramatisch steigert.

Die dritte Studie stammt von Prof. Edward ‚Ted’ H. Sargent an der University of Toronto und besagt, daß sich Nickel genauso gut wie Gold für elektrische Kontakte in kolloidalen Quantenpunkt-Solarzellen eignet und dabei die Materialkosten um 40 % - 80 % verringern könnte. Dabei gab es ein grundlegendes Problem zu lösen, denn zu Anfang vermischte sich das Nickel mit den Quantenpunkten und bildete eine Verbindung, die den Fluß des elektrischen Stroms blockierte. Durch Hinzufügen von nur einem Nanometer Lithiumfluorid zwischen dem Nickel und den Quantenpunkten konnte dann jedoch eine Barriere erzeugt werden, welche die Durchmischung verhinderte ohne dabei den Stromfluß zu behindern. Die Quantenpunkt-Solarzellen der Gruppe erreichen bereits eine Effizienz von rund 5 %, die für eine Kommerzialisierung allerdings auf 10 % gesteigert werden müßte. Diese Arbeit wird u.a. mit 10 Mio. $ von der King Abdullah University of Science and Technology (KAUST), sowie mit Mitteln aus dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), dem Canada Research Chairs und der Canada Foundation for Innovation finanziert.

Im Rahmen der seit 2008 laufenden fünfjährigen Kooperation erwirbt die KAUST auch die Lizenzrechte für die Nutzung der als ‚Game Changer’ betrachteten Technologie in 38 nordafrikanischen und asiatischen Ländern, darunter Indien, sowie Rußland.

Tatsächlich gelingt es Sargents Team, wie im Juli 2011 gemeldet wird, neuartige Quantenpunkt-Doppelschichtsolarzellen zu entwickeln, die sich so konfigurieren lassen, daß sie einen frei wählbaren Teil des Sonnenspektrums absorbieren. Die Forscher kombinieren dabei zwei Arten von Quantenpunkten in einer Zelle, wobei die eine Schicht das sichtbare Licht einfängt, während die andere den Infrarotbereich abdeckt. Außerdem wird eine Methode entwickelt, um den elektrischen Widerstand zwischen den Schichten zu reduzieren, der den Energieoutput der Zweischichtkonfiguration derzeit noch hemmt. Hierzu wird ein Übergangsbereich eingesetzt, der aus vier Dünnfilmschichten aus verschiedenen durchsichtigen Metalloxiden besteht. Der aktuelle Prototyp der Tandem-Junction-Zelle, der auf dem Prinzip der kolloidalen Quantenpunkte (colloidal quantum dots, CQD) basiert, erreicht einen Wirkungsgrad von 4,2 %, der sich mit Dreischicht- oder gar Vierschichtzellen jedoch deutlich erhöhen lassen soll. Das theoretisch erreichbare Maximum beträgt 42 %.

Wiederum ein Jahr später, im August 2012, gibt die Gruppe bekannt, daß ihre Zellen zwischenzeitlich einen Wirkungsgrad von 7,0 % erreichen, was zu diesem Zeitpunkt einen Weltrekord darstellt. Der Durchbruch erfolgt durch eine Kombination aus organischer und anorganischer Chemie, um alle freiliegenden Flächen vollständig zu bedecken. Die bisherigen Quantenpunkt-Solarzellen waren nämlich durch die großen inneren Oberflächen der Nanopartikel in dem Film beschränkt, was die Extraktion des Stroms erschwert hat. Um die Effizienz zu verbessern, mußte daher ein Weg gefunden werden, um sowohl die Zahl der Elektronenfallen in Verbindung mit einer schlechten Oberflächengüte zu verringern, als auch zu gewährleisten, daß die Filme gleichzeitig sehr dicht sind, um so viel Licht wie möglich zu absorbieren. Die Lösung ist eine sogenannte hybride Passivierung durch die Einführung kleiner Chloratome unmittelbar nach der Synthese der Quantenpunkte. Dadurch gelingt es, auch die zuvor unerreichbaren Ecken und Winkel zu füllen, die bislang zu Elektronenfallen führten.

In der chronologischen Abfolge folgt eine Meldung der Stanford University vom Februar 2011, wo ebenfalls an Quantenpunkten geforscht wird, die durch Anpassung ihrer Größe auf verschiedene Wellenlängen des Lichts eingestellt oder ‚abgestimmt’ werden können. Auch das Team um Prof. Stacey Bent arbeitet mit Schichten aus Titandioxid und organischen Molekülen, wobei allerdings erst ein Wirkungsgrad von 0,4% erreicht wird.

Im September 2011 ist zu erfahren, daß an der University of Arkansas neben den dort erzielten großen Erfolgen mit Solarzellen aus CuInSe₂ und CuInGaSe₂ (s.d.) auch an einem Verfahren zum Abscheiden von Nanokristallen gearbeitet wird, um Quantenpunkte aus Indium-Arsenid (InAs) entstehen zu lassen. Um die Leistung der Solarzellen zu erhöhen, wollen die Forscher kurze Liganden verwenden, um metallische Nanopartikel an die Nanokristalle bzw. Quantenpunkte zu koppeln. Anschließend soll die Plasmonen-Wirkung beim Einfangen von Sonnenlicht untersucht werden, welche die Effizienz der Energieumwandlung erhöht (genau wie ein Photon ein Quantum der elektromagnetischen Wellen ist, ist ein Plasmon das Quantum einer durch Licht erzeugten Wellenladung).

Im Dezember 2011 häufen sich Berichte über eine Entwicklung an der University of Notre Dame im US-Bundesstaat Indiana, wo Forscher um Prof. Prashant Kamat eine günstig herzustellende und ohne spezielle Gerätschaften auftragbare neue Spezialfarbe entwickeln, die über leitfähigem Untergrund Licht in Strom verwandeln kann. Im Rahmen des ‚Sun-Believable’-Projektes kommen Quantenpunkte aus Titandioxid zum Einsatz, die zur Verbesserung des Stromflusses entweder mit Cadmiumsulfid oder Cadmiumselenid umhüllt sowie in einen streichbaren Stoffverbund aus einer Alkohol-Wasser-Mischung integriert sind. Bislang wird mit der durchsichtigen und leitfähigen Paste ein Effizienzgrad von 1 % erreicht, was aber noch steigerungsfähig ist. Es wird geschätzt, daß ein 400 m² großes Dach mit Solarfarbe 100 $ kosten würde, hundertmal weniger als traditionelle Solarpaneele gleicher Fläche. Die Forschung wird vom US-Energieministerium finanziert. [Siehe auch unter Solarzellen-Farbe].

Forscher der University of Buffalo um Prof. Vladimir Mitin berichten im Mai 2011, daß die Einbettung von Quantenpunkten in Solarzellen deren Effizienz um 50 % erhöhen könne, indem sie es den Zellen ermöglicht, infrarotes Licht zu ernten. Außerdem würde sich dadurch auch die Lebensdauer der Photoelektronen erhöhen. Der Schlüssel dafür ist nicht, Quantenpunkte nur einzubetten, sondern diese auch selektiv zu dotieren, damit sie sogenannte signifikante integrierte Ladungen enthalten (built-in charge, Q-BICs), welche Elektronen dazu zwingen, in ihrer Umgebung hin und her zu prallen und somit Rekombinationsverluste zu minimieren. Das Hinzufügen von zwei Quantenpunkten erhöht den Wirkungsgrad um nur 4,5 %, während das Hinzufügen von vier oder sechs QDs die Effizienz um 30 % bzw. 50 % verbessert. Mit der letztgenannten Labor-Solarzelle gelingt es, den Wirkungsgrad von 9,3 % auf 14 % zu steigern. Die Untersuchungen werden in Zusammenarbeit mit Forschern des Office of Scientific Research der US Air Force und des US Army Research Labs durchgeführt. Um die Technologie zu kommerzialisieren, wird das Spin-Off-Unternehmen OPtoElectronic Nanodevices LLC gegründet, das derzeit eine Finanzierung durch private Investoren und Programme des Bundes akquiriert.

Im Februar 2012 veröffentlicht eine Forschergruppe der University of Cambridge um Bruno Ehrler einen Bericht (Singlet Exciton Fission-Sensitized Infrared Quantum Dot Solar Cells), dem zufolge man eine Beschichtungstechnologie entwickelt habe, mit der sich das Limit des Wirkungsgrades herkömmlicher Solarmodule auf 45 % verbessern läßt. Zum einen enthält die Beschichtung eine organische Kohlenstoffverbindung die dafür sorgt, daß bei Lichteinfall hochenergetische Elektronen in der Zelle quasi halbiert werden. Zum anderen werden anorganische Quantenpunkte aus Blei-Sulfid verwendet, um auch den Infrarotbereich der Solarstrahlung zu nutzen.

Forscher am Research Triangle Park International, North Carolina, um Ethan Klem und Jay Lewis geben im August 2012 bekannt, einen Durchbruch in der low-cost / high-efficiency Solarenergie erzielt zu haben. Die neuen Solarzellen werden aus Lösungen kolloidaler Quantenpunkte hergestellt und sollen für weniger als 20 $/m² produziert werden können. Bislang wird ein Wirkungsgrad von 5 % erreicht

Im Oktober 2012 demonstrieren Wissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) um Joseph Luther die erste Solarzelle mit einer externen Quanteneffizienz (external quantum efficiency, EQE) von mehr als 100 % für Photonen mit Energien im solaren Bereich (der EEP ist der Anteil der Photonen, die in Elektronen innerhalb des Gerätes konvertiert werden). Bei diesen neuen Solarzellen kann jedes absorbierte blaue Photon bis zu 30 % mehr Strom erzeugen als bei aktuellen Technologien. Denn während herkömmliche Halbleiter pro Photon nur ein Elektron erzeugen, vermeiden nanometergroße kristalline Materialien wie Quantenpunkte diese Beschränkung. Die Forscher erreichen mit dem Prozeß der mehrfachen Exzitonerzeugung (s.d.) für 3,5 eV Photonen einen EEP-Wert von 114 %.

Silber-Nitrat-Solarzellen

Im März 2012 meldet ein Chemikerteam der University of California Davis, daß die Zukunft der Solartechnik seiner Meinung nach in Zellen liegt, die aus einem Film aus winzigen, fraktalen Silbernitrat-Bäumen bestehen.

Das Forscherteam um Prof. Frank Osterloh glaubt, daß durch die Nutzung der leitenden Kraft dieser fraktalen Bäume bessere und effizientere Solarzellen denkbar sind, als die, die in den derzeitigen Silizium-basierten Photovoltaik-Paneelen verarbeitet werden. Die komplizierte Struktur aus Silbernitrat-Fraktalen bildet sich, wenn mit Zinnoxid dotiertem Fluor Silbersalz zugegeben wird.

Die daraus resultierende elektrochemische Reduktion bewirkt, daß das Silbernitrat in einer winzigen baumähnlichen Struktur wächst, deren zentrale ‚Äste’ aus Silbernitrat weniger als 1/50 der Breite eines menschlichen Haares haben und dazu noch kleinere ‚Zweige’ tragen. Um das Solarpotential nutzbar zu machen wird das resultierende Blatt aus winzigen Silberfraktalen anschließend mit einem lichtabsorbierenden Polymer beschichtet. Die Arbeiten werden durch einen Zuschuß der Research Corporation for Scientific Advancement in Höhe von 100.000 $ unterstützt.

Siliziumbasierte Solarzellen

Silizium ist ein klassisches Halbmetall, das sowohl Eigenschaften von Metallen als auch von Nichtmetallen aufweist und ein Elementhalbleiter ist. Reines, elementares Silizium besitzt eine grau-schwarze Farbe und weist einen metallischen, oftmals bronzenen bis bläulichen Glanz auf. Im Handel ist Silizium sowohl als feinkörniges Pulver als auch in größeren Stücken erhältlich. Hochreines Silizium für die Anwendung in Solarpanelen oder in Halbleiterkomponenten wird in der Regel in Form von dünnen Scheiben aus Einkristallen, den sogenannten Silizium-Wafern, produziert. Die größten Produzenten für metallurgisches Silizium sind (laut Wikipedia): Elkem (N, USA), Invensil (F, USA), Globe Metallurgical (USA) und Rima Metal (Br).

Eine ausführliche Geschichte der Solarzellen – und insbesondere die der Siliziumzellen – findet sich im Kapitelteil Photoelektrische Nutzung ff.

Im Folgenden gebe ich einen Überblick über die Entwicklung der letzten Jahre unter besonderer Berücksichtigung der vielen verschiedenen Siliziumarten und -modifikationen, die in dieser Zeit entstanden sind – sowie der Forschungsinstitute und Unternehmen, die sich damit beschäftigen.

Amorphes Silizium (a-Si)

Amorphes Silizium ist eine nichtkristalline, allotropische Form des reinen Halbleiters Silizium. Die Bezeichnung amorph (= ungeordnet) bezieht sich dabei auf die fehlende Fernordnung des a-Si, im Sinne von atomar ungeordneten Systemen. Amorphes Silizium verfügt über ein hohes Absorptionsvermögen und kann daher in besonders geringen Schichtdicken verwendet werden, die etwa um den Faktor 100 kleiner sind als bei kristallinem Silizium. Hinzu kommt, daß der Materialverbrauch an Silizium nur 1 % gegenüber den herkömmlichen Siliziummodulen beträgt. Außerdem sind amorphe oder mikromorphe Module wesentlich aktionsfreudiger, so daß auch bei diffusen Lichtverhältnissen gute Stromernteergebnisse erzielt werden.

Daher besitzt diese Siliziumform auch den größten Marktanteil unter den Dünnschichtzellen, wobei die Wirkungsgrade der kommerziellen Produkte zwischen 5 % und 7 % liegen (Stand 2007).

Die Herstellung amorpher Zellen erfolgt durch Aufdampfen (Niedertemperatur-Dampfabscheidung) oder durch plasmachemische Verfahren, wie sie in der Optoelektronik angewandt werden. Zur weit verbreiteten Standardmethode wurde die Zersetzung des Gases Silan (SiH4) mit Hilfe einer Plasmaentladung. Eine rasch zwischen zwei Kondensatorplatten schwingende Wechselspannung spaltet das Silan-Molekül, und das freigesetzte Silizium schlägt sich Atomlage für Atomlage an einer der Elektroden nieder. In einer halben Stunde wächst es zu einer wenige Tausendstel Millimeter dicken Schicht heran, die etwa 10 % Wasserstoff enthält. Weitere Methoden sind die Materialabscheidung mittels Laserstrahlen und das sogenannte Heizdrahtverfahren, bei dem ein glühender Draht das Ausgangsmaterial auf rund 2.000°C erhitzt, worauf es sich thermisch zu reaktiven Teilchen zersetzt.

Die amorphen Zellen, meist von weinroter Farbe (während polykristalline bläulich schillern), haben schon eine längere Entwicklungsgeschichte hinter sich:

Eine grundlegend neue Entwicklung zeichnet sich 1977 bei den Forschungen des amerikanischen Erfinders Stanford R. Ovshinsky ab, welcher den anfänglich bevorzugten kristallinen Systemen amorphe entgegen­setzt, da deren Absorptionseffekt im Gegensatz zu Silizium-Einkristallen etwa zehnmal höher ist. An der Entwicklung ist mit 25 Mio. $ die Ölfirma Atlantic Richfield beteiligt. Ovshinsky hatte bereits im Jahr 1960 die Firma Energy Conversion Devices Inc. (ECD) gegründet, um seine Forschungen in amorphen Halbleitern zu fördern und saubere, nicht-klimaschädliche Energieträger zu schaffen (s.u.).

Ab 1979 forscht auch die japanische Firma Sanyo Electric Corp. auf diesem Gebiet. 1988 erreicht man hier schon Labor-Wirkungsgrade um 12 %, und bereits 1992 stellt man eine Solarfolie vor, die sich auf Autos oder Flugzeuge aufkleben läßt. Der Amorton Solar Cell Film besteht aus einer leichten, nur 0,12 mm dicken Plastikfolie, auf die mit einem neuen Laserverfahren eine Schicht Silizium aufgetragen wird. Durch ihre Leichtigkeit erreicht die Folie eine Leistung von 200 mW pro Gramm. In Tokio soll ein kompletter Wolkenkratzer mit dieser Solarfolie verkleidet werden.

1986 wird bekanntgegeben, daß ein Vertrag zwischen der Spire Corp. und dem US Departement of Energy bereits zum dritten mal verlängert wird, bei dem es um die Entwicklung von amorphen Dünnschicht-Zellen mit einem Wirkungsgrad von 13 % geht.

Am neu gegründeten Forschungs- und Entwicklungszentrum für Ökologie der Canon Inc. nahe Kioto wird ab 1993 an Dünnschichtzellen aus amorphem Silizium gearbeitet, wobei man einen Wirkungsgrad von 12,3 % erreicht. Die Massenfertigung in Japan soll bereits 1994 anlaufen, und ab 1995 dann auch in den USA – in Kooperation mit dem US-Unternehmen Energy Conversion Device Inc.

1994 wird aus den USA bekannt, daß die United Solar System Corp. (Uni-Solar, USSC) in Troy, Michigan, gemeinsam mit dem Energieministerium eine Dünnschicht-Zelle aus amorphem Silizium entwickelt hat, die auch noch nach 1.000 Betriebsstunden stabil bleibt – und dabei aufgrund ihrer Stapeltechnik einen Wirkungsgrad von 10,2 % erreicht. Man hatte dafür drei Jahre lang geforscht und 6,3 Mio. $ investiert. Die USSC ist ein 1990 joint venture der Firmen Canon Inc. und Energy Conversion Devices Inc. (s.u.), welche die Dünnschicht-Technologie ursprünglich entwickelt hat, die ein besonderes Triple-Junction-Spektrum-Splitting Zelldesign verwendet. Das Rolle-zu-Rolle-Verfahren zur Herstellung nutzt ein flexibles Substrat aus rostfreiem Stahl.

Nun soll bis 1995 in Newport News für über 20 Mio. $ die größte Produktionsanlage der Welt für Dünnschichtzellen entstehen, mit einer Jahreskapazität von 10 MW. Im Jahr 1997 berichtet das Unternehmen, daß seine Dünnschichtzellen aus amorphem Material inzwischen schon einen Wirkungsgrad von 14,6 % erreichen, der nach 1.000 Betriebsstunden auf 13 % fällt und danach relativ stabil bleibt, wie auch das NREL bestätigt. Für die vorgestellten flexiblen Solar-Schindeln gibt es 1997 einnen Innovationspreis des Discover Magazine, im April 1998 wird eine Zusammenarbeit mit der Firma Sky Station International im Bereich der Weltraum-Photovoltaik beschlossen, und im Dezember ein Solarmodul der United Solar System erfolgreich auf der MIR Raumstation installiert. Für das US-Militär werden verschiedene tragbare und extrem robuste Solar-Ladegeräte entwickelt und hergestellt (UNI-PAC). Die letzte Meldung stammt vom Mai 1999 in besagt, daß eine Kooperation mit dem Stromversorger Detroit Edison beschlossen wurde, um USSC-Solarpaneele auf dem Dach der Cass Technical High School in Detroit zu installieren – was sich aber nicht verifizieren läßt.

Die Energy Conversion Devices Inc. mit Hauptsitz in Rochester Hills, Michigan, die neben PV-Anwendungen auch Batterien herstellt, gilt wiederum lange als weltweit größter Hersteller von flexiblen Solarzellen – produziert von dem hundertprozentigen Tochterunternehmen United Solar Ovonic LLC in Auburn Hills, Michigan, das vermutlich aus der Uni-Solar hervorgegangen ist (der Name Ovonic ist eine Kombination aus dem Gründernamen Ovshinsky und dem Begriff ‚electronics’). Ein Großteil der Produktion wird an Hersteller und Lieferanten von Gebäudehülle-Elementen wie Metalldächer (Rheinzink, Corus) oder Polymer-Dachbahnen (Alwitra) verkauft.

Das zweite Tochterunternehmen, die Solar Integrated Technologies Inc., ist ein weiterer Solarpionier, der es zur Marktführerschaft bei flexiblen Solarzellenstoffen bringt. Die Firma ist Spezialist für Flachdachintegrierte PV-Anlagen und hat hierfür speziell laminierte amorphe Dünnschichtzellen entwickelt, die sich auf Dächern wie Matten ausrollen und verlegen lassen. Im Februar 2012 geht die Energy Conversion Devices Inc. zusammen mit ihren Tochtergesellschaften, der United Solar Ovonic LLC und der Solar Integrated Technologies Inc., in Konkurs.

Nicht viel Informationen gibt es über die im französischen Lens Cedex beheimatete Firma Free Energy Europe (FEE), auf deren Homepage zu erfahren ist, daß im Jahr 1985 ein (nicht benanntes) amerikanisches Unternehmen im Norden von Frankreich eine Produktionsanlage für Dünnschicht-Paneele aus amorphem Silizium errichtet hat, die 1998 von einem niederländischen Investor gekauft wird, der viel Zeit und Geld in die Verbesserung der Qualität und die Lebensdauer der Produkte sowie in die Reduzierung der Herstellungskosten investiert, vor allem durch Automatisierung. Die Herstellung erfolgt durch das Abscheiden dünner Schichten aus Silizium auf einer Glasplatte, wobei die Basis für das Silizium ein Gas ist, das Siliziumatome enthält und von einem HF-Plasma zerlegt und abgeschieden wird. Die einzelnen Solarzellen werden mittels eines fortgeschrittenen Laserstrukturierungs-Systems gebildet und in Reihe geschaltet. Durch Laminieren einer zweiten Glasplatte und die Implementierung einer besonderen Polymer-Framing-Technik werden sie vor Umwelteinflüssen geschützt.

Bei Tests zum Verhalten von amorphen Silizium-Modulen in rauhen Feldbedingungen, die in den Jahren 1999 und 2000 von den Universitäten Princeton und Berkeley gemeinsam mit Energy Alternatives Afrika durchgeführt werden, zeigen die Paneele der FEE die besten Ergebnisse mit stabiler Leistung und 0 % Ausfallrate. Im Juni 2000 wird an dem firmeneigenen Bürogebäude in Eindhoven eine Solarfassade installiert – und einen Monat später erfolgt die Eröffnung der neuen, vollständig automatisierten Fertigungslinie in Lens. Im Oktober bestätigt eine unabhängige Messung des Energy research Centre (ECN) in den Niederlanden, daß die c-Si-Paneele der FEE über 12 % besser sind als der Durchschnitt der getesteten Paneele. Absolute Zahlen werden leider nicht genannt.

Im Mai 2002 wird mit drei weiteren Partnern ein Unternehmen zur Entwicklung des kommerziellen Marktes für Solaranlagen in Tansania gestartet, wo zwischen 2001 und 2003 ein Projekt läuft, an dem auch die in Eindhoven als not-for-Profit-Organisation gegründete Free Energy Foundation beteiligt ist. Dabei werden mehr als 100 Techniker trainiert und über 500 PV-Anlagen installiert (bis Ende 2006 > 5.000 Anlagen). Im Januar 2003 beginnt die FEE zusammen mit der Gesang Solar Energy mit Vertriebs- und Marketing-Schulungen in Tibet, und im Dezember 2004 unterzeichnet das Unternehmen eine öffentlich-private Partnerschaft mit dem niederländischen Ministerium für Entwicklungszusammenarbeit und mit der Europäischen Kommission, um Solar-Händlern in Sri Lanka technische Hilfe, Ausbildung und Finanzierung zu bieten.

Im Juli 2006 wird die Free Energy Europe von der in Den Haag beheimateten Firma WWE Sustainable Solutions erworben. Bis zu diesem Zeitpunkt hat das Werk in Lens mehr als 250.000 Paneele in vier Größen produziert (5, 7, 14 und 19 W). Das letzte Update der FEE-Homepage stammt vom April 2010 – mehr ist leider nicht zu erfahren, weder von der FEE, noch von der WWE oder gar der Stiftung.

Die Amelio Solar Inc. wird 2001 in Lawrenceville, New Jersey, von Dr. Zoltan Kiss gegründet. Zuvor agierte das Unternehmen unter dem Namen Renewable Energy Solutions. Ich höre zum ersten Mal im Juni 2009 davon, als Amelio bekannt gibt, mit der Herstellung eines PV-Duo Tandem-Dünnschicht-Moduls begonnen zu haben. Mit einer Kombination aus amorphem Silizium und einer CIGS-Zelle in einem integrierten Modul will das Unternehmen eine Effizienz von 13 % erreicht haben. 2012 ist nichts mehr darüber zu finden, unter dem Firmennamen scheint inzwischen ein Auftragnehmer im Trockenbau zu arbeiten.

Bereits im Oktober 2004 beginnt die japanische Fuji Electric Systems Co. Ltd. (FES) mit der Herstellung von amorphen Silizium-Solarzellen auf einem leichten und flexiblen Plastikfilm-Substrat mit einer Produktionskapazität von 3 MW/Jahr. Entwickelt wurden die 1 mm dicken Zellen, die pro Quadratmeter nur 1 kg wiegen, von der Fuji Electric Advanced Technology Co. Ltd. – die als Namen dafür ‚power generating film’ vorschlägt. Eine andere Art sind die sogenannten ‚Stahlblech-integrierten Module’, bei denen die Solarzellen in Stahldach-Paneele integriert sind. Im August 2005 wird die Errichtung einer neuen 15 MW Solarzellenfabrik in einem Gewerbegebiet in Nankan-machi, Tamana-gun (Präfektur Kumamoto) bekannt gegeben, die im Oktober 2006 in Betrieb gehen soll. Die Anlage basiert auf einer Rolle-zu-Rolle-Serienproduktionsmethode mit hoher Ausbeute, die das Ergebnis einer gemeinsamen Entwicklung von Fuji Electric und der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) ist. Außerdem wird eine umfassende Drei-Parteien-Kooperation mit der Kumamoto University und der Kumamoto Techno Industrial Foundation vereinbart.

Eine neue Meldung gibt es danach erst wieder im März 2009, als die FES eine eigene Photovoltaic Power Business Project Group installiert, die sich um den gesamten Prozeß der Konstruktion, Herstellung und Vermarktung von Solarzellen kümmern soll. Außerdem will man sich verstärkt auf Forschung und Entwicklung konzentrieren, um den Wirkungsgrad der a-Si Dünnschicht-Solarzellen innerhalb von zwei Jahren von aktuell 8 % auf bis zu 10 % zu verbessern. Auch danach dauert es lange bis zu einem weiteren Bericht: Im Dezember 2012 gibt die Fuji Electric bekannt, daß sie mit dem Bau eines 2 MW Solar-Kraftwerks auf dem Gelände der Fabrik in Yamanashi, Minami-Alps City (Präfektur Yamanashi), ab dessen Inbetriebnahme im April 2013 in das Geschäft der photovoltaischen Stromerzeugung eintreten will. Das Kraftwerk wird von dem Engineering-Bereich der Fuji Electric gebaut und von der hundertprozentigen Tochtergesellschaft Fuji Green Power Co. Ltd. betrieben werden, wobei der Strom – basierend auf Japans Einspeisevergütung – an die Tokyo Electric Power Company (TEPCO) verkauft werden soll. Es lassen sich leider keine Informationen über Produktmengen oder tatsächliche Umsetzungen finden – und auf der Homepage der FES wird Anfang 2013 nur noch auf die Geschäftszweige Thermische/Geothermische und Nukleare Stromerzeugung hingewiesen.

Basierend auf vorangegangenen Forschungsarbeiten des Schweizer Instituts für Mikrotechnologie (IMT) der Universität Neuenburg wird im Jahr 2000 an der Ingenieurschule des Kantons Neuenburg in Le Locle die Firma VHF-Technologies SA mit Hauptsitz in Yverdon-les-Bains gegründet, um eine neue Plasmatechnologie mit hohen Plasma-Frequenzen (VHF) zu industrialisieren, mit der dünnste Solarzellen aus amorphem Silizium mit einem kontinuierlichen (roll-to-roll) Verfahren direkt auf Plastikfolien abgeschieden werden können. Bekannt wird das Unternehmen unter dem Namen Flexcell. Es arbeitet mit Industriepartnern aus dem Bausektor zusammen, um neue Photovoltaikprodukte zu entwickeln, die auf verschiedene Substrate laminiert werden können. Das Unternehmen ist zu dieser Zeit die einzige europäische Firma, welche flexible Solarzellen erfolgreich zur Marktreife gebracht hat.

Die ab 2005 unter dem Markenname Flexcell angebotenen flexiblen Solarzellenfolien verbrauchen 100 mal weniger Silizium als Solarzellen aus mono- oder polykristallinem Silizium. Sie sind vom Wafermarkt unabhängig und können sehr kostengünstig hergestellt werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Flexibilität des Produkts und der damit verbundenen neuen Möglichkeiten zur direkten Integration in Dachelemente (Wellprofile, Flachdach-Polymermembranen, etc). Neben verschiedenen anderen Demonstrationsprojekten wird eine große Anlage auf der Eishalle von Yverdon installiert.

2006 (o. 2007) investiert die deutsche Q-Cells International GmbH in das Unternehmen, das eine Produktionskapazität von 25 MW besitzt, mit der Option, seinen Anteil an der VHF-Technologies später auf 51 % zu erhöhen. Tatsächlich übernimmt der Deutsche Solar-Konzern später die Mehrheit, und VHF Technologies kann dank diesem Investment eine neue Produktionsanlage für über 11 Mio. SF in Betrieb nehmen.

Ab 2010 kämpft VHF Technologies/Flexcell mit Problemen und muß Anfang 2012 wegen einer Schuldenlast von 20 Mio. € Insolvenz anmelden. Anfangs hofft man noch, daß ein angekündigter Unterstützungskredit der Basler Investmentgesellschaft Capricorn Capital die schwierige Lage entschärfen wird. Als aber auch ein weiterer Geldgeber nicht hält, was er versprochen hatte, geht das Unternehmen im September endgültig in Konkurs und muß seine Produktionsanlagen verkaufen.

Interessanterweise beschäftigt sich auch ein ungarisches Unternehmen mit der Entwicklung und Herstellung von Dünnschicht-PV-Modulen aus amorphem Silizium. Es handelt sich um die Kraft Electronics Inc. (Kraft Elektronikai Zrt), die sich in den Jahren 2004 – 2006 und neben Insituten und Firmen aus Deutschland, England und Dänemark an dem EU-Forschungsprojekt COCON (Coated conductor by economic processsing route) beteiligt. Zum Portfolio von Kraft gehören seit 2005 auch schlüsselfertige Anlagen zur Herstellung von Dünnschicht-PV-Modulen aus amorphem Silizium. Leider läßt sich darüber hinaus nicht viel mehr über Kraft herausfinden. Jedenfalls erwirbt im Juni 2006 die in New York, NY, beheimatete Solar Thin Films Inc. (STF) 95,5 % der Wertpapiere der Kraft Electronics, und im August 2007 die restlichen 4,5 %.

Im November 2008 wird ein Aktientausch vereinbart, um auch die Algatec Solar AG zu erwerben, ein deutsches Unternehmen, das metallurgisches Silizium für kristalline Solarzellen und Modulen produziert und vermarktet. Dies ermöglicht es STF, Ausrüstungen sowohl für amorphe Silizium-Module als auch für metallurgisch-kristalline Module zu produzieren. Algatec hat zu diesem Zeitpunkt einen Auftragsbestand für Bestellungen kristalliner PV-Solarmodule im Umfang von ca. 92 MW, von denen rund 80 MW an die Q-Cells International GmbH gehen soll, was einem Geschäftsvolumen von ungefähr 100 Mio. $ entspricht. Um dem Auftragsbestand gerecht zu werden, muß Algatec seine bestehende Fertigungsstätte in Prosen, Deutschland, ausbauen und in seinem Werk fünf neue Produktionslinien installieren, was Investitionen von rund 34,6 Mio. € erfordert.

Im April 2009 übernehmen STF und ihre Tochterfirma Kraft dann die ebenfalls von Budapest aus agierende BudaSolar Technologies Co. Ltd., was neues Prozeß-Know-how in das fusionierte Unternehmen einbringen soll. BudaSolar wurde 2007 von einer Gruppe von Ingenieuren und Technikern gegründet, die seit 1997 in der Solarbranche aktiv sind.

Die Kernkompetenz des Unternehmens liegt in der Entwicklung von Dünnschicht- Fertigungstechnologien für Solarmodule aus amorphem sowie aus amorphem/mikrokristallinem Silizium (s.u.). STF übernimmt für 3 Mio. $ einen Anteil von 60 % der BudaSolar – mit einer Option auf die restlichen 40 % (was im April 2010 anscheinend auch erfolgt). Geplant ist, daß die beiden Unternehmen eine gemeinsame Firma unter dem Namen STF Technologies Zrt bilden. Schon seit dem Vorjahr arbeitet STF daran, schlüsselfertige Fertigungslinien für Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium zu entwickeln. Zu den Kunden gehören Unternehmen wie die spanische Grupo Unisolar S.A. in Bejar, an die für knapp 10,3 Mio. $ eine 6 MW Linie ausgeliefert wird.

Im April 2010 unterzeichnet BudaSolar einen Vertrag mit China City Investments Ltd. über die Lieferung von schlüsselfertigen Produktionslinien mit einer Jahreskapazität von 85 MW. Im Mai folgt die Nachricht, daß STF nun auch die US-Firma Atlantis Solar LLC übernommen hat, die als Hersteller auf dem amerikanischen Markt agieren soll. Die letzte Meldung stammt vom Januar 2012, als die Solar Thin Films Inc. eine neue Website ankündigt – die bei diesem Update Anfang 2013 jedoch nicht auffindbar ist – ebensowenig wie andere aktuelle Informationen über dieses Firmenkonglomerat.

Ein Unternehmen, dessen Produktionsanlagen für die Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium elementar sind, ist die seit 1967 bestehende US-Firma Applied Materials Inc. (AMAT) mit Sitz in Santa Clara, Kalifornien, die sich als der weltweit führende Anbieter von innovativen Geräten, Dienstleistungen und Software für die Halbleiter-, Flachbildschirm- und Photovoltaik-Industrie bezeichnet und seit 1972 auch börsennotiert ist. Das Unternehmen stellt Fertigungsanlagen für diverse Fertigungsprozesse her, wie Anlagen zur Herstellung von halbleiterbasierten Produkten und Dünnschichten, darunter integrierte Schaltkreise, Solarzellen und Solarmodule sowie organische Leuchtdioden (OLEDs). Dazu kommen weitgehend automatisierte Wafer-Transport- und Wafer-Hantierungssysteme.

1996 übernimmt AMAT zwei israelische Firmen: Opal Technologies für 175 Mio. $ (Produzent von Hochgeschwindigkeits-Klimameßgeräten, um kritische Dimensionen bei der Herstellung von integrierten Schaltungen zu überprüfen), und Orbot Instruments für 110 Mio. $ (Inspektionssysteme für Siliziumwafer u.ä.) – wobei in beiden Fällen bar bezahlt worden sein soll. Im Jahr 2000 wird der US-amerikanische Hersteller von Raster-Elektronen-Mikroskopen, Elektronenstrahl-Lithographie- und Laser-Lithographie- Werkzeugen Etec Systems Inc. übernommen, gefolgt Mitte 2001 von der Übernahme einer weiteren israelischen Firma für 21 Mio. $ in bar, der Oramir Semiconductor Equipment Ltd., ein Anbieter von fortschrittlichen Laser-Reinigungstechnologien für Halbleiter-Wafer.

Im Juli 2006 kauft Applied Materials die Firma Applied Films, die auf die Herstellung von Produktionsanlagen für Flachbildschirme, Solarzellen, OLEDs und beschichteten Kunststoffen spezialisiert ist. Mit dieser Übernahme betritt AMAT den Markt der Glas- und Netzbeschichtung und gibt bekannt, daß es nun auch Fertigungsanlagen für die Solarindustrie anbieten wird (als Lieferant dieser Produkte ist uns die Firma schon bei vielen anderen Unternehmen der Solarbranche begegnet). Applied Materials hat zu diesem Zeitpunkt rund 14.000 Mitarbeiter weltweit und erwirtschaftet einen Jahresumsatz von 9,17 Milliarden $.

Schon 2007 kündigt AMAT unter dem Namen SunFab die eine Produktionslinie mit Einzel- oder Tandem-Junction-Fähigkeit für Dünnschicht-PV-Module an. Die SunFab-Linie beschichtet 3,2 mm dickes Glassubstrat mit amorphen Silizium-Dünnschichten, wobei eine sehr große Glasfläche von 5,7 m² bearbeitet wird. Diese Riesenzellen können dann in kleinere zerschnitten oder auch als ganzes genutzt werden. Die Tandem-Junction Dünnfilm-Module verwenden etwa 1/50 der Menge an Silizium im Vergleich zu herkömmlichen Solarmodulen aus kristallinen Siliziumwafern, und das knapp 6 m² große Modul liefert 450 W.

Erster Kunde überhaupt ist die Moser Baer India Ltd. mit Hauptsitz in Neu Delhi, die in ihrem Werk in Noida eine Gen 8.5 Thin Film Solarmodul-Produktionsline der 1. Generation von Applied Materials installiert (s.u.). Erster europäischer Kunde wiederum ist im März die spanische Firma T-Solar Global S.A., die in ihrer neuen Fabrik in Ourense ebenfalls Dünnschicht-Solarzellen produzieren will. Die vollautomatische Anlage wird eine jährliche Produktionskapazität von 700.000 m² haben, was rund 123.000 einzelnen Modulen entspricht. Die Firma verfügt bereits über 28 Solarkraftwerke in Spanien.

Im April gründen der Investor Good Energies und die norwegische Solarfirma NorSun die Firma Sunfilm AG, um auf einer Fertigungslinie von AMAT die weltweit ersten Tandem-Dünnschicht-Module auf Glassubstraten zu fertigen, und zwar 60 MW pro Jahr. Der Bau der Fabrik im sächsischen Großröhrsdorf, nahe Dresden, wird mit Mitteln des Freistaats Sachsen unterstützt und soll 2008/2009 in Betrieb gehen. Im August übernimmt AMAT für 483 Mio. $ die Schweizer HCT Shaping Systems SA, die als weltweit führender Anbieter von Präzisions-Wafering-Anlagen zur Herstellung von kristallinem Siliziumsubstraten für die Solarindustrie gilt.

Im September 2007 präsentiert Applied Materials erstmals seine ‚revolutionäre’ SunFab Thin Film Line, mit welcher großflächige Dünnschicht-Mudule mit Einzel- oder Tandem-Junction-Technologie und einer Jahresproduktionsrate von bis zu 75 MW hergestellt werden können. In diesem Jahr kauft AMAT für 475 Mio. $ (andere Quellen: 483 Mio. $) die in der Schweiz ansässige Firma Shaping Systems SA, die als der größte Spezialist für Wafer-Sägen bei der Solar- und Halbleiterherstellung gilt. Im Oktober berichten die Fachblogs über die Eröffnung des neuen SunFab Technology Center von Applied Materials in Alzenau, Deutschland, das als eine der branchenweit modernsten Einrichtungen die nächste Generation Solarzellen erforschen und entwickeln will. Das Zentrum verfügt über eine SunFab Thin Film Line in Komplettausstattung zur großvolumigen Herstellung von Silizium-Solarmodulen.

Im Januar 2008 wird AMAT für seine Pionierarbeit an der Applied SunFab Thin Film Line als US Green Energy Innovator des Jahres ausgewählt. Das Unternehmen betritt in diesem Jahr auch den Markt für kristalline Silizium-Solarzellen, nachdem es im Februar für 330 Mio. $ die italienische Solarfirma Baccini einkauft, ein Unternehmen mit 40jähriger Erfahrung bei der Herstellung von Testanlagen sowie bei den Metallisierungsschritten während der Produktion dieser Solarzellenart.

Aufgrund der großen Nachfrage bestellt die Sunfilm AG schon im Mai eine zweite SunFab- Linie, um auf eine Jahreskapazität von mehr als 120 MW zu kommen. Im gleichen Monat bestellt auch die Abu Dhabi Future Energy Co. – als Teil der Masdar Initiative – drei SunFab- Linien mit einer Gesamtkapazität von 210 MW. Eine der Masdar PV Linien soll in Erfurt, Deutschland, errichtet werden und voraussichtlich in der zweiten Hälfte des Jahres 2009 starten, während die beiden anderen Linien in Abu Dhabi, Vereinigte Arabische Emirate, aufgestellt werden, um im Frühjahr 2010 den Betrieb aufzunehmen. Die Linien sollen Solarmodule für Masdar City liefern. Mit zusätzlichen Auftragseingängen für Dünnfilm-Produktionsanlagen in Höhe von 1,9 Mrd. $ von Best Solar steigen die Aktien der Firma um 2 %.

Im Juli 2008 bestellt die Moncada Energy Group s.r.l. eine erste SunFab- Linie für Italien, die 2010 mit der Produktion starten soll, und im August vergibt der Solarwafer-Hersteller LDK Solar Co. Ltd. einen 220 Mio. $ Auftrag über Präzisions-Wafering-Systeme an AMAT, mit deren Drahtsägen LDK bereits seit 2006 arbeitet.

Im Oktober wird die neue 2,1 MW Solaranlage bei den Forschungsbüros der Applied Materials in Sunnyvale eingeweiht – von Gouverneur Arnold Schwarzenegger persönlich. Die zweiteilige Anlage besteht aus einer 950 kW Dachinstallation sowie einer 1,2 MW Tracker-Installation über dem Parkplatz, die beide mit Solarpaneelen der Firma SunPower ausgestattet sind – welche wiederum mit den Maschinen von AMAT hergestellt wurden. Insgesamt verkauft AMAT im Laufe des Jahres Photovoltaik-Produktionsanlagen im Wert von 797 Mio. $ - und für die SunFab Thin Film Produktionslinie gibt es obendrauf den Technologie-Innovationspreis des Wall Street Journals. Im Jahr 2008 wird Applied Materials zum größten Photovoltaik-Ausrüster der Branche, weist in diesem Segment für das Fiskale Jahr, das im Oktober geendet hat, allerdings einen Verlust von 183 Mio. $ aus.

Im Februar 2009 startet die Modulproduktion bei T-Solar mit einer Jahreskapazität von 45 MW, und im März, nach einer nur fünfmonatigen Installationszeit, beginnt auch die ENN Solar Energy Co. Ltd. – ein Mitglied der ENN Group – mit der Herstellung der fast 6 m² großen Tandem-Junction-Dünnschicht-Module der SunFab-Linie. Das Werk in Langfang, China, hat eine Jahreskapazität von 60 MW. Im April startet eine weitere SunFab-Linie am Standort der Green Energy Technology Inc. Ltd. in Tao Yuan, Taiwan, deren Hauptprodukte multikristalline Silizium-Wafer in Dicken von 325 - 200 µm, sowie Einkristall-Ingots und -Wafer sind. Auch die Massenproduktion bei der Sunfilm AG in Großröhrsdorf beginnt, wo nun Großmodule mit einem Wirkungsgrad von bis zu 8 % vom Band laufen.

Nicht so schön ist die Nachricht, daß der obige (ungenannte) Kunde mit seiner 1,9 Mrd. $ Bestellung, diese auf 250 Mio. $ heruntergeschraubt hat.

Im September 2009 stellt Applied Materials seine Baccini-Esatto-Technologie vor, ein mehrstufiges Hochpräzisions-Siebdruck-Verfahren für die firmeneigenen Solarzellen-Verarbeitungssysteme. Die Esatto-Technologie wurde entwickelt, um die Effizienz von kristallinen Siliziumsolarzellen durch innovative Kontakt-Strukturen zu erhöhen. Doppelseitig gedruckte Metallleitungen beispielsweise steigern den absoluten Zellwirkungsgrad um nicht weniger als 0,5 %. Ebenso erlaubt die Technologie den Austausch einzelner 120 μm breiter Linien mit doppelt so hohen Zweischichtlinien von weniger als 80 μm Breite. Eine der ersten Firmen welche diese neue Baccini-Linie einsetzen, ist Motech Solar, einer der weltweit führenden Hersteller von kristallinen Silizium-Solarzellen. Dieses 1997 gegründete Unternehmen hatte als erstes in Taiwan bereits im Jahr 2000 begonnen, an seiner Produktionsstätte in Tainan kristalline Zellen herzustellen. Ansonsten ist Motech auf die F&E, Herstellung, das Marketing und den Vertrieb von mono- und multikristallinen Silizium-Zellen spezialisiert.

Die nächste Generation der SunFab Thin Film Line wird im Oktober auf dem Markt eingeführt und soll bis zu 22 % der bisherigen Materialkosten einsparen können. Das IEC bestätigt den Zellen aus dieser Produktion einen Wirkungsgrad von 9,7 % bezogen auf die Aperturfläche. Im November übernimmt AMAT (für einen nicht näher bezifferten, allerdings relativ niedrigen Betrag) den 2002 gegründeten und in Albuquerque, New Mexico, ansässigen Zellen- und Modulhersteller Advent Solar Inc. samt allen Vermögenswerten einschließlich des geistigen Eigentums dieses Unternehmens, das als Entwickler fortschrittlicher Technologien für kristalline Siliziumzellen bekannt ist, wie Rationalisierungstechnologien zur Modulmontage, fortschrittliche Effizienz-Architekturen wie die Emitter-Wrap Through (EWT) Rückkontakt-Solarzellentechnologie u.a.m. Advent hatte 2007 von den Investoren @Ventures, ZBI Ventures, Sun Mountain Capital, Globespan Capital Partners, Battery Ventures, Enertech Capital Partners, New Mexico Co-Investment Partners und Firelake Capital Finanzmittel in Höhe von 73 Mio. $ bekommen, und im September 2008 mit Enerpoint, MHH Solartechnik und SunConnex vereinbart, diese im Laufe des Jahres 2013 mit insgesamt 250 MW Solarprodukten zu beliefern. Im Oktober folgte ein rund 350 Mio. $ Vertrag mit der Deutsche Solar AG, einer Tochtergesellschaft der SolarWorld AG, die Advent bis 2018 mit SOLSIX Wafern beliefern sollte. Mit diesen will Advent Produkte entwickeln, die auf der Ventura Solartechnologie basieren, die EWT-Zellen mit Halbleiterchip-Fertigungsverfahren kombiniert, um eine skalierbare Plattform für die Modulherstellung erstellen. Wie die anderen Übernahmen wird auch Advent Solar in die Energy and Environmental Solutions Group (EBS) von AMAT integriert, um die anstehenden Geschäfte weiter zu bearbeiten.

Ende 2009 eröffnet das Unternehmen ein neues Entwicklungszentrum in Xi’an, Hauptstadt der zentralchinesischen Provinz Shaanxi, um näher am größten Solar-Markt der Zukunft zu sein. Das Zentrum gilt als die größte nichtstaatliche Solarenergie-Forschungseinrichtung weltweit. Auch der AMAT-Entwicklungsleiter wird dorthin umziehen. Im Dezember wird der Konkurrent Semitool Inc. übernommen. Im Fiskalen Jahr 2009, das im Oktober geendet hat, weist die Solarenergie-Sparte von Applied Materials einen Verlust von 242 Mio. $ aus.

Anfang 2010 beginnt es in der Gerüchteküche zu brodeln und man hört allenthalben Spekulationen darüber, daß Applied Materials den Bereich verkleinern will, der Ausrüstungen zur Produktion amorpher Silizium-Solarzellen herstellt. Der Geschäftsführer der SunFab Linie und andere Führungskräfte dieser Abteilung sind vor kurzem bereits zurückgetreten. Schon im vergangenen November hatte AMAT angekündigt, seine Mitarbeiterzahl im Laufe der nächsten 18 Monate um 10 – 12 % verringern zu wollen, was die Entlassung von 1.300 – 1.500 Personen bedeutet. Das amorphe Geschäft hat wirtschaftliche und technische Sorgen, weil die Preise für kristalline Silizium-Solarzellen im vergangenen Jahr gesunken sind und amorphes Silizium im Vergleich zu anderen Solarzellen teurer wurde. Außerdem schätzen Experten, daß die einzelne SunFab-Linie mit einen Preis zwischen 80 Mio. $ und 160 Mio. $ bis zu 30 % mehr kostet als die vergleichbare ‚Serienausstattung’. Dazu kommt, daß AMAT inzwischen begonnen hat, bei der Weiterentwicklung seiner Technologie gegenüber Konkurrenten wie Oerlikon (s.u.) zurückzubleiben, wo die Arbeiten zum Erreichen einer höheren Effizienz bei amorphen Technologien wesentlich aggressiver vorangetrieben worden sind. Auch hatte es Lieferverzögerungen gegeben, und die SunFab-Linien erreichten ihre Produktionsziele nicht fristgerecht, was die Kunden nicht er freute.

Nun scheint AMAT entschlossen zu sein, das Geschäft mit kristallinen Solarprodukten zu steigern, wofür auch die Übernahme von Advent Solar im November des vergangenen Jahres spricht. Außerdem haben Applied Ventures und andere Gruppen innerhalb des Unternehmens damit begonnen, sich mehr auf die Energiespeicherung und Festkörper-Leuchtmittel wie LEDs zu konzentrieren.

Im Mai gibt AMAT bekannt, daß seine Esatto-Technologie im Laufe der kommenden Monate bei Kunden in China, Taiwan und Europa mit einer zusammengerechneten Jahreskapazität von 2 GW in Betrieb genommen werden wird. Die Technologie steigert die absolute Zelleneffizienz um 0,46 % und reduziert den Verbrauch von Silberdruckpaste um bis zu 14 % - was zusammen zu gut 3 US-Cent/W niedrigeren Herstellungskosten führt.

Im Juli 2010 kündigt AMAT Pläne an, sein für den Solarbereich zuständige Segment namens Energy and Environmental Solutions (EES) zu restrukturieren, um die primären Schwerpunkte auf kristalline Siliziumzellen und LED-Technologie zu setzen. Dadurch sollen die jährlichen Betriebskosten um mindestens 100 Mio. $ verringert werden. Im Rahmen der Restrukturierung stellt das Unternehmen auch den Verkauf seiner SunFab-Linien ein und entläßt etwa 500 Arbeitnehmer. Bislang hat das Unternehmen insgesamt 15 Sunfab-Linien an elf Kunden ausgeliefert. Neukunden werden statt dessen individuelle Ausrüstungen für die Herstellung von Dünnschicht-Solarmodulen angeboten, wie Anlagen zur chemischen bzw. physikalischen Gasphasenabscheidung. Die F&E- Anstrengungen, um die Effizienz der Dünnschicht-Paneele und die Produktivität der Abscheidung zu steigern, sollen allerdings fortgesetzt werden. Die Kosten für die Umsetzung des Restrukturierungsplans werden auf 375 Mio. $ bis 425 Mio. $ geschätzt.

Die Entscheidung ist verständlich, denn im April hatte Signet Solar, AMATs erster Kunde, den Plan abgesagt, eine 840 Mio. $ teure Dünnschichtmodule-Fabrik in New Mexiko zu errichten, da es nicht gelungen war einen 220 Mio. $ Kredit des DOE hierfür zu bekommen. Im Juni meldet Signet Solar Insolvenz wegen drohender Zahlungsunfähigkeit an. Ende März hatte schon ein weiterer der ersten großen Kunden, die Sunfilm AG, beim Amtsgericht Dresden den Antrag auf Einleitung eines Insolvenzverfahrens wegen Zahlungsunfähigkeit gestellt. Auch Masdar PV, ein weiterer großer Kunde, hat und macht Probleme. Die Fabrik in Deutschland auf Basis der SunFab-Linie wurde zwar gebaut, aber mit den Plänen, ebenfalls im Nahen Osten Fabriken aufzubauen, geht es nicht voran, u.a. wegen dem Mangel an lokalen Einspeise-Regelungen.

Im August folgt die Bestätigung, daß man sich nun stärker auf Anlagen zur Herstellung von kristallinen Silizium-Solarzellen konzentrieren wird, da sich die Silizium-Dünnschicht trotz großer Hoffnungen und Investitionen am Markt nicht hat durchsetzen können. Der Restrukturierungsplan geht mit 405 Mio. $ in die Bücher, und die Verluste für 2010 mit 371 Mio. $.

In den anderen Geschäftssegmenten geht es derweil besser vorwärts, und im Februar 2011 gibt Applied Materials bekannt, das man jüngst die 2.000ste Drahtsäge für Solar-Wafer verschifft habe. Im Mai wird Varian Semiconductor Equipment Associates Inc. für 4,9 Mrd. $ (!) übernommen, ein 1971 (als Extrion Corp.) gegründeter Anbieter von Ionenimplantations-Geräten, die bei der Herstellung von Halbleiter-Chips verwendet werden – dessen Hauptkunde übrigens der Produzent monokristalliner Solarzellen Suniva ist (s.d.).

Im August stellt AMAT seine neue modulare Baccini/Pegaso-Plattform vor, die durch ‚intelligente Produktion’ die Massenherstellung fortgeschrittener kristalliner Silizium-Zellen mit höheren Wirkungsgraden bei geringeren Kosten ermöglichen soll. Die Plattform fabriziert elektrische Schaltungen auf beiden Seiten der Solarzelle - ein Verfahren, das mehrere siebgedruckte Metallisierungsschritte, die entsprechende Meßtechnik sowie Sortieranlagen umfaßt. Dabei wird der Pegaso-XP Drucker als eine „Revolution in der Siebdrucktechnik“ bezeichnet, da er durch ein integriertes hochauflösendes optisches Inspektionssystem für genaue Mustererkennung und -ausrichtung eine bisher unerreichte Druckqualität und Präzision liefert.

Im Rahmen der weiteren Restrukturierung der Konzernsparte Energy and Environmental Solutions (EES) wird im Mai 2012 bekannt, daß unter anderem der schweizerische Produktionsstandort zur Herstellung von Precision Wafering Systems (PWS) für die Solarindustrie in Cheseaux nach Treviso, Italien, wo auch das Hauptquartier der Applied Baccini Cell Systems ist, sowie nach Xi’an in China verlegt werden soll, wo sich das Solar Technology Center von AMAT befindet. Das Hauptquartier und die Entwicklung neuer PWS-Produkte werden in der Schweiz verbleiben. Außerdem will man nun auch die Entwicklungsaktivitäten im LED-Segment reduzieren und dabei weitere 250 Stellen abbauen. Applied Materials schätzt die Gesamtkosten für die Durchführung des Plans auf 70 Mio. $ bis 100 Mio. $.

Im September stellt AMAT auf der 27. Europäischen Solar-Energie-Konferenz und Ausstellung in Frankfurt, u.a. ein Ionen-Implantationssystem namens Solion vor, das den Wirkungsgrad kristalliner Zellen steigert und ihre Ausbeute verbessert. Im Oktober meldet das Unternehmen, daß die Nachfrage auf Solar-bezogene Ausrüstungen wieder ansteigt, das EES-Segment verzeichnete alleine in den letzten drei Monaten Aufträge in Höhe von 65 Mio. $, hauptsächlich über Rolle-zu-Rolle Depositions-Anlagen. Anfang 2013 gibt es die Information, daß sich AMATs Einnahmen aus der Solarindustrie von 2 Mrd. $ im Jahr 2011 auf 425 Mio. $ im Jahr 2012 verringert haben.

 

Das 2006 gegründete Technologieunternehmen Signet Solar Inc. aus Menlo Park, Kalifornien, nimmt in einer ersten Finanzierungsrunde 2007 von ungenannten Startinvestoren zwischen 5 Mio. $ und 10 Mio. $ ein und präsentiert im Mai 2007 die Adaption einer Flachbildschirm-Technologie zur Herstellung von großflächigen Dünnfilm-Solarzellen auf Glassubstrat, die man gemeinsam mit Applied Materials entwickelt hat. Damit wird ein Endpreis von 3 $/W bis 4 $/W erreicht, der in Zukunft sogar auf 1 $/W bis 2 $/W gesenkt werden könnte.

Schon im Dezember 2006 wird auch die Signet Solar GmbH gegründet, die im Mai 2007 im sächsischen Mochau bei Döbeln, unweit von Dresden, ihre Tätigkeit aufnimmt. Im Juni 2007 folgt die Gründung der Signet Solar India. Im ersten Quartal 2008 soll außerdem ein Forschungszentrum in Deutschland gegründet werden.

Signet Solar fertigt ab Oktober 2008 an seinem deutschen Standort Mochau 2,20 m x 2,60 m große Dünnschichtmodule – die zu diesem Zeitpunkt weltweit größten. Zur Herstellung wird eine SunFab Linie von Applied Materials eingesetzt (s.u.). Bei dieser Technologie wird amorphes Silizium direkt auf ein beschichtetes Glassubstrat aufgebracht. Die aktive Schicht des Moduls ist daher um den Faktor 100 dünner als bei herkömmlichen kristallinen Modulen. Während der Pilotphase hatte das Unternehmen mehr als 2.000 PV-Module produziert, nun wird mit einer Produktionskapazität von 20 MW pro Jahr durchgestartet. Bis 2009 soll eine Produktionskapazität von 100 MW bis 120 MW erreicht werden.

Ab der zweiten Jahreshälfte 2008 beginnt auch die Schüco International KG – ebenfalls in Mochau – mit der Produktion von ultradünnen Solarmodulen aus amorphem Silizium (ich nehme an, in Kooperation mit Signet Solar). Die nur wenige Mikrometer dicken Zellen sollen auf Glasflächen bis zu 5,7 m² und einem Output von 460 W angeboten werden. Schüco investiert gemeinsam mit E.ON rund 100 Mio. € in dieses Projekt, in das auch die neu gegründete Dachgesellschaft der Applied Materials namens Malibu involviert ist. Im Laufe der Jahre soll außerdem in Indien eine Großherstellung starten, deren Produkte ab 2010 angeboten werden könnten.

Signet Solar gibt Ende 2008 bekannt, daß man mit einer Investition von rund 850 Mio. $ auch in Belen, New Mexico, eine Fabrik errichten will, die ab 2010 eine Jahresproduktion von 65 MW (oder sogar 300 MW) erreichen soll – rückt im August 2010 jedoch wieder von den Plänen ab. Auch Gespräche mit Investoren aus Indien und anderen Ländern mit dem Ziel einer massiven Kapitalerhöhung verlaufen erfolglos.

Im Juni 2010 stellt die Firma in Deutschland wegen drohender Zahlungsunfähigkeit einen Insolvenzantrag beim Amtsgericht Chemnitz. Gründe werden öffentlich nicht genannt. Nun soll ein Konzept zum langfristigen Erhalt des Photovoltaik-Unternehmens erarbeitet werden – was aber nicht klappt, da kein Investor gefunden wird. Im April 2011 erwirbt die italienische Moncada Energy Group, Agrigento, das Produktionsequipment der Signet Solar. Moncada betreibt in Campofranco auf Sizilien bereits seit 2008 eine Sunfab-Linie, die wie die Anlage in Mochau von Applied Materials geliefert wurde. Mit der Übernahme der Produktionslinie von Signet Solar verdoppelt sich Moncadas jährliche Produktionskapazität von 45 MW auf 90 MW.

Auch die Schüco International KG gibt die Produktion, Forschung und Entwicklung an ihren Dünnschicht-Standorten im Laufe des Jahres 2012 vollständig und dauerhaft auf. Zuerst wird im August die Produktionsstätte im sächsischen Großröhrsdorf geschlossen, im September folgt Osterweddingen bei Magdeburg, und am Jahresende die Forschungs- und Entwicklungsabteilung in Bielefeld. Das Schüco Portfolio umfaßt ab diesem Zeitpunkt nun noch poly- und monokristalline Photovoltaikmodule.

Die Moser Baer India Ltd. mit Hauptsitz in Neu Delhi, 1983 als Tochterunternehmen des Schweizer Uhrenherstellers Mobatime und des japanischen Unternehmens Maruzen zur Herstellung von Stechuhren gegründet, produziert ab 1986 vor allem magnetische Disketten und seit 1999 auch optische und andere Speichermedien. Im Jahr 2006 kündigte das Unternehmen seinen Vorstoß in den Photovoltaik- und Home-Entertainment-Markt an.

Im März 2007 wählt Baer India die Firma Applied Materials aus, um in New Delhi eine Gen 8.5 SunFab Dünnschichtsolarzellen-Fertigungslinie zu installieren, mit der PV-Zellen aus extra großen Trägermaterialien (Glasscheiben) von 5,7 m² Fläche in den Maßen 2,2 x 2,6 m hergestellt werden. Das Unternehmen verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der hochvolumigen Herstellung optischer Medien und rechnet damit, dadurch erhebliche Kostensenkungen zu erzielen, sobald die Line in vollem Betrieb ist. Die Linie hat eine Solarmodul-Produktionskapazität von 40 MW pro Jahr. Bis 2009 möchte die Tochter Moser Baer Photo Voltaic eine Fabrik für Dünnschicht-Solarzellen mit einer Kapazität von 200 MW aufbauen. Hierfür wird u.a. eine strategische Partnerschaft mit dem Elektronik-Riesen REC Group in Höhe von 880 Mio. $ geschlossen.

Im Oktober 2008 verlautet, daß Moser Baer India mit zwei großen Solar-Systemintegratoren Vereinbarungen zur Lieferung von Dünnschichtmodulen aus amorphem Silizium mit einem Gesamtwert von mehr als 500 Mio. $ unterzeichnet hat. Der über vier Jahr laufende Vertrag wird mit der Ralos Vertriebs GmbH und der Firma Colexon Energy geschlossen, beide aus Deutschland. Außerdem werden in diesem Jahr eine strategische Partnerschaft mit LDK Solar vereinbart – und Aufträge für Solarmodule in Höhe von 500 Mio. $ eingeholt. Unter den diversen PV-Anlagen, die im Laufe dieses Jahres errichtet werden, befindet sich auch eine Solarfarm in Pfeffenhausen, Deutschland, mit einer elektrischen Ausgangsleistung von 5,654 MW, die vermutlich mit kristallinen Modulen bestückt ist.

Die 40 MW-Linie in Greater Noida ist im Januar 2009 produktionsbereit, und im März verkündet ein Firmenvertreter, daß man bis 2010 nun eine Kapazität von 600 MW erreichen will, um damit auf einen Zellenpreis von 1 $/W zu kommen. Hierfür plant Moser Baer Investitionen in Höhe von fast 3,2 Mrd. $ für die Forschung, Entwicklung und Herstellung von Solarenergie-Produkten. Alleine die Kosten der Fabrik werden auf etwa 1,5 Mrd. $ geschätzt. Im Dezember beginnt Moser Baer mit der Errichtung des ersten indischen 5 MW Dünnschicht-Solarparks in Tamil Nadu. In diesem Jahr wird erstmals eine Ziffer genannt: Die Dünnschichtzellen des Unternehmens erreichen einen Wirkungsgrad von 7,3 %.

Im Jahr 2011 wird ein Labor eingerichtet, um die Qualität und Zuverlässigkeit der kristallinen Silizium- und Dünnschicht-Module zu verbessern, und Moser Baer erhält eine Förderung des MNER zur Entwicklung einer innovativen CIGS-Solarzellen-Technologie. 2012 folgt eine weitere 5 MW Solarfarm, diesmal in der Ortschaft Tinwari in Rajasthan. Die aktuellen Produktionskapazitäten betragen 190 MW kristalline Zellen, 165 MW kristalline Module und 50 MW Dünnschichtmodule. Im Labor erreichen die kristallinen Zellen derweil eine Effizienz von 18 %. Die bislang größte Einzelanlage mit Dünnschichtmodulen scheint eine 30 MW Farm in Gujarat zu sein, die im Laufe des Jahres 2011 in Betrieb genommen wird.

Astronergy Solar wird im Oktober 2006 als Tochtergesellschaft des CHINT Konzerns gegründet. Im August 2007 startet die Großserienproduktion von c-Si Modulen, und genau ein Jahr später erreicht die Produktionskapazität für kristalline Module bereits 100 MW.

Im Oktober 2008 liefert Oerlikon (s.u.) die erste Pilotanlage für die Herstellung von Dünnschichtmodulen, und im März 2009 erzielt Astronergy eine Kapitalerhöhung von 50 Mio. $ mit Cybernaut China Investment und Shanghai Lianhe Alliance Investment als Hauptinvestoren. Ziel ist eine Jahresproduktion von 380 MW ab 2010.

Im Juli 2009 startet die Vorserienfertigung der Dünnschichtmodule, die einen Wirkungsgrad von 9 % erreichen, und im September erfolgt die Gründung der Astronergy Solar Deutschland GmbH in München (später: Astronergy GmbH mit Sitz in Ravensburg). Die Dünnschichtmodule der Astronergy enthalten eine amorphe Siliziumschicht, die den blauen Anteil des elektromagnetischen Spektrums des Sonnenlichtes einfängt, sowie eine mikrokristalline Schicht, die das absorbiert, was von der ersten Schicht durchgelassen wird (über diese Solarzellenart spreche ich weiter unter noch ausführlicher). Die kristallinen Astronergy-Zellen erreichen zu diesem Zeitpunkt eine Effizienz über 16,5 %.

Ebenfalls im September wird auf einem Gewerbegebäude in der chinesischen Region Zhejiang das erste Solardach mit einer Nennleistung von 2 MW installiert – gefolgt von den ersten 10 MW eines Solarkraftwerkes in der autonomen Region Ningxia (davon 3 MW Dünnschichtmodule) im Dezember. Im Gesamtjahr 2008 realisiert Astronergy in Spanien fünf Freiflächenanlagen (Merida 1,1 MW & 3,4 MW / Mallorca 2,4 MW / Jumilla 3,5 MW / Almoracil 5,6 MW) sowie eine Dachanlage in Zaragoza (2,35 MW).

Im Jahr 2009 folgen mehrere Dachanlagen in Spanien, China und Deutschland (im kW-Bereich), und 2010 werden weitere fünf Großprojekte abgeschlossen, allerdings in fünf verschiedenen Ländern: Daebang, Korea (1 MW) / Königsbruck, Deutschland (2,79 MW) / Palacio Cremado, Spanien (3,15 MW) / Shizuishan City, Ningxia (10 MW) / Rovigo, Italien (70 MW, davon 15 MW von Astronergy). Hinzu kommen Dachanlagen in Australien, Spanien, China und zunehmend in Deutschland, wobei das am meisten beeindruckende dieser Projekte eine 148.000 m² große, netzverbundene 10 MW Dachanlage auf der Hangzhou East Railway Station in China ist – zu dieser Zeit die weltweit größte. Leider wird nicht angegeben, welche Solarzellenart dabei jeweils zum Einsatz kommt. In diesem Jahr nimmt Astronergy außerdem an seinem Stammsitz in Hangzhou eine BIPV-Fassade mit einer Leistung von 180 kW in Betrieb. Im Dezember wird mit der Wenzhou Economic and Technological Development Zone eine Vereinbarung unterzeichnet, um in Wenzhou eine Fertigungsstätte mit einer Kapazität von 240 MW für die zweite Dünnschicht-Generation zu errichten.

Im Januar 2010 gründet Astronergy Tochtergesellschaften in Spanien und in Korea, und im Februar erhält die Firma den ‚Unternehmen des Jahres 2010 in China’-Preis. Astronergy liefert inzwischen monokristalline und polykristalline PV-Module sowie Dünnschicht-Module (a-Si/µc-Si) in allen entscheidenden Leistungsklassen und betrachtet sich als das Chinesische Unternehmen mit dem breitesten Angebot. Im August unterzeichnet die Chint Group, die Muttergesellschaft von Astronergy (auch als Clint Solar bekannt) eine strategische Kooperationsvereinbarung mit der Entwicklungs- und Reformkommission der Provinz Gansu, wo Chint in 1 GW Solarenergie-Projekte und in 200 MW Produktionsleistung investieren wird. Außerdem wird mit Oerlikon Solar ein Folgeauftrag vereinbart, um die Herstellungskapazität der Dünnschicht-Module bis Ende des Jahres auf 75 MW anzuheben. Im November beginnt der Bau der 200 MW Dünnschicht- Module-Fabrik in Jiuquan City (Gansu).

Im Jahr 2011 folgen die Inbetriebnahmen von Großprojekten in Korea, Thailand, Italien und den USA sowie kleinerer Dachanlagen in Australien und China. Das größte Projekt ist eine 20 MW Solarfarm in Golmud, China. Und eine 2,2 MW Anlage in South Burlington, Vermont, wird mit Nachführungssystemen ausgestattet. Zusätzliche Projekte laufen (seit 2010) auch unter dem Namen der Schwesterfirma Shanghai Chint Power Systems Co. Ltd., die sich primär auf PV-Inverter konzentriert. Im Juli sponsert die Astronergy sie gemeinsam mit dem Solarprojektentwickler MarEtec die mit Teams aus mehr als 40 Ländern startende 2011 Dutch Open Solarboat Challenge – und spendet dafür auch 300 hocheffiziente monokristalline Solarmodule.

2012 werden auf der Homepage der Firma nur noch monokristalline Module mit Nennleistungen zwischen 75 W und 240 W sowie polykristalline Module zwischen 190 W und 275 W angeboten. Aus dem Geschäft mit amorphen Siliziumzellen scheint man sich zurückgezogen zu haben. Eines der – visuell – interessantesten Projekte dieses Jahres ist eine 6 MW Freiflächenanlage, das Kangwon Projekt in Songam-dong, Chuncheon city, Südkorea. Die größten Installationen sind eine 100 MW Solarfarm in Yongchang, China, sowie eine 50 MW Solarfarm in Bulgarien.

Mitte 2008 macht die in Hayward, Kalifornien, im Jahr 2005 durch den früheren Hewlett-Packard CTO Marvin Keshner gegründete OptiSolar Technologies Inc. (a.k.a. Gen3 Solar) viel Wind um ihre Dünnschicht-PV-Technologie aus amorphem Silizium (die vermutlich von HP lizenziert wurde), ohne jedoch mehr Details bekannt zu geben, als daß die Umsetzung nur 1 % der Siliziummenge herkömmlicher Zellen benötigt – sowie die überraschende Ankündigung, daß OptiSolar das gegenwärtig größte PV-Projekt der Welt bauen will, die rund 1 Mrd. $ teure 550 MW Topaz Solar Farm in San Luis Obispo County. Hierfür seien in nur wenigen Monaten rund 210 Mio. $ Kapital beschafft worden, so daß nach Herstellung der firmeneigenen Paneele die Installation 2011 beginnen und 2013 beendet werden kann. Das Unternehmen will als vertikaler Anbieter agieren, der die Zellen und die Paneele selbst herstellt, in eignen Projekten installiert und den gewonnen Strom weiterverkauft.

Das Unternehmen hat ab Dezember 2006 Investitionskapital in Höhe von 71,7 Mio. $ eingenommen (andere Quellen: 89 Mio. $) und besitzt in Hayward eine Fabrik mit einer Jahreskapazität bis 50 MW. 2007 erhält OptiSolar Steuererleichterungen in Höhe von 20 Mio. $ um auf der früheren McClellan Air Force Base in Sacramento County eine weitere Fabrik zu bauen, die 2011 mit einer Kapazität von 600 MW in Betrieb gehen soll. Die Firma plant hierbei 35 Mio. $ in infrastrukturelle Verbesserungen zu investieren, wie ein neues Umspannwerk, Straßen, Bahnanschluß und Parkplätze, sowie weitere 500 Mio. $ in die Produktionsanlagen. Im Jahr 2007 gewinnt OptiSolar auch 21 Verträge über insgesamt mehr als 200 MW für Installationen in Ontario.

Im März 2008 nimmt eine erste Fertigungslinie mit einer Jahreskapazität von 15 MW den Betrieb auf, eine zweite Linie folgt im Mai. Im Juli wird eine neue Fabrikationsstätte in Sacramento mit einer potentiellen Jahreskapazität von 800 MW aufgebaut. Die ersten 10 MW des größten kanadischen Einzelprojekts – der 60 MW Solarpark Sarnia – gehen im Dezember 2008 in Betrieb.

Nachdem OptiSolar schon einen Stromliefervertrag mit der PG&E für die 550 MW aus der Topaz Solar Farm abgeschlossen hat, muß die Firma im Januar 2009 trotzdem aus finanziellen Gründen fast die Hälfte ihrer Mitarbeiter in Hayward und Sacramento entlassen – und dies, obwohl es inzwischen mehrere Hundert Millionen Dollar an Investitionsmitteln eingenommen hat, in erster Linie von kanadischen Ressourcen- und Öl-Investoren. Von diesem Geld seien über 340 Mio. $ in das F&E-Labor, die Fertigung und die Aktiva in Sacramento investiert worden. Im März schließt das Unternehmen die Produktionsstätte in Hayward und verkauft das Topaz-Projekt sowie andere Projekte im Gesamtumfang von etwa 1,85 GW für 400 Mio. $ an First Solar, das die von OptiSolar vorgeschlagenen amorphen Paneele durch seine Cadmiumtellurid-Paneele ersetzt.

Im Juli 2009 unterzeichnet die kanadische Firma Allora Minerals Inc. eine verbindliche Absichtserklärung, um die Fertigungsstätten, Produktionslinien, das geistige Eigentum und die F&E-Einrichtungen von OptiSolar im Wert von 260 Mio. $ zu übernehmen, und zwar durch eine Aktientransaktion zu 21,66 $ pro Aktie, was zur Ausgabe von 12 Millionen Allora-Stammaktien an die OptiSolar-Aktionäre führen soll. Das Projekt wird jedoch nie umgesetzt.

Überhaupt gilt das Unternehmen als weitgehend rätselhaft, und kaum jemand aus der Solarindustrie kennt Details. Allora Minerals Inc. ändert seinen Namen in EPOD Solar – und aus dieser wird umgehend eine weitere Firma, denn einige der Gründer und ehemalige Führungskräfte von OptiSolar gründen im Januar 2010 eine neue Firma namens NovaSolar Technologies, die das geistige Eigentum und die Ausrüstungen der OptiSolar kauft – für 169 Mio. $. Diesmal will man die Dünnfilme aus amorphem Silizium in China produzieren während die F&E-Arbeit in Kalifornien weitergeführt wird. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Hongkong will daher in Yangzhou eine Fabrik errichten, wo Ende des Jahres ein entsprechender Grundstein gelegt wird. Die Fabrik soll bereits im vierten Quartal 2011 in Betrieb genommen werden. NovaSolar wird von mindestens einem chinesischen Investor, Portcullis TRUSTNET, finanziert. Der Website des Unternehmens zufolge sind bereits Projekte im Umfang von 500 MW in der Pipeline, wobei sich NovaSolar allerdings auf Multi-Junction-Solarzellen spezialisieren will.

Noch im Februar 2012 wird eine Produktionslinie für Dual-Junction amorphe Silizium-Dünnschichtzellen nach Yangzhou verschifft, doch schon im Juni 2012 melden die Fachblogs, daß nun auch NovaSolar den Bach runter gegangen ist – sprich den Konkurs angemeldet hat. Bereits im Januar hatte das Unternehmen fast alle seine Mitarbeiter beurlaubt und den Bau eines Forschungszentrums in Fremont sowie Fabriken in Sacramento und in Yangzhou, China, suspendiert. Das Bürogebäude von NovaSolar, ebenfalls in Fremont, wird verpfändet.

Vermutlich ebenfalls 2008 wird in Mountain View, Kalifornien, die Firma ThinSilicon gegründet, die von den Kapitalgebern Sequoia Capital, Firelake Capital Management LLC und Spring Ventures finanziert wird. Viel ist über das Unternehmen nicht zu erfahren. Laut Eigendarstellung soll die differenzierte Zellenarchitektur und die damit verbundene Verarbeitungsmethode wesentliche Verbesserungen versprechen – und auch mit den Fertigungslinien von Applied Materials, Oerlikon Solar und Ulvac Technologies Inc. kompatibel sein. Im November 2009 wird allerdings gemeldet, daß ThinSilicon nun von der Firma China Solar Power (CSP) aus Hongkong übernommen wurde, die jüngst in ihrer ersten Fabrik in Yantai mit der kommerziellen Produktion begonnen hat. Die Akquisition soll den Output der Paneele aus amorphem Silizium steigern, die von den Herstellungslinien des chinesischen Unternehmens laufen. Die CSP selbst ist 2007 von Tano China Capital Management, einer Tochter der Tano Capital, gegründet worden. Mitbesitzer ist die taiwanesische Investmentfirma Sun Ace. Leider lassen sich keine weitere Spuren dieser beiden Firmen finden.

Im Jahr 2008 betritt auch die bereits im Juni 2004 durch die San Chih Semiconductor Co. Ltd. gegründete Green Energy Technologies Inc. (GET), Taiwans zweitgrößter Hersteller für kristalline Silizium-Ingots und Wafer, den Markt der Dünnschicht-Technologien. Die Jahresproduktionskapazität der Ende 2004 gestarteten Fabrik für Ingots und Wafer in Taoyuan beträgt 25 MW (was bis 2009 auf 360 MW gesteigert werden kann), und die ersten Produkte werden im Mai 2005 hergestellt.

Im Mai 2007 beginnt das Tochterunternehmen der Tatung Co. Ltd. (die auch Mutter der San Chih Semiconductor ist), als Teil der Strategie, ihr Produktangebot zu diversifizieren und das Dünnschicht-Know-how ihrer Partnergesellschaften zu nutzen, mit einem Ausbauprojekt um Dünnschicht-PV-Module aus amorphem Silizium zu entwickeln und herzustellen. Hierfür wird eine schlüsselfertige G8.5 SunFab Produktionslinie von Applied Materials gekauft, mit welcher die GET im Dezember 2008 eine Versuchsmengen-Produktion von 2,2 x 2,6 m großen Dünnschicht-Modulen mit einer Leistung von 343 W und einem Wirkungsgrad von 7 % startet. Die Linie erreicht Ende 2009 ihre jährliche Maximalkapazität von 45 MW. Zum Einsatz kommt ferner eine Technologie, die bei dem Schwesterunternehmen Chunghwa Picture Tubes zur Herstellung von LCDs genutzt wird.

GET verschifft 2009 Wafer von umgerechnet 250 MW, während alleine für das 1. Halbjahr 2010 schon 250 MW vorgesehen sind. Aufträge für Dünnschicht-Module in Höhe von rund 40 Mio. € kommen aus Deutschland und Spanien, Module für 4,2 Mio. € werden in die Tschechische Republik verkauft. Im Oktober 2009 nimmt GET in Shangdong, China, eine weitere Fabrik für Dünnschicht-Module in Betrieb, deren Jahreskapazität von 15 MW mittelfristig verdoppelt werden soll. Die Produktionsrate für Dünnschicht-Module liegt 2010 bei 45 MW. Außerdem werden transparente und BIPV-Module entwickelt.

Über die weitere Entwicklung liegt kaum Material vor, aber GET scheint fleißig zu sein: Neben diversen kleinen Solaranlagen Anfang 2011 in Bangkok, Thailand, ist auch eine 1,5 MW Solarfarm im Bau. Im Bereich der Wafer-Herstellung muß das Unternehmen nach Rekordumsätzen Mitte 2011 und Vollauslastung im Mai 2012 schon im September die Produktion um 50 % herunterfahren. Grund ist der Preisverfall bei Siliziumprodukten.

Die Firma Solasta Corp. in Newton wird 2006 von drei Physikprofessoren des Boston College gegründet, Michael J. Naughton, Zhifeng Ren und Krzysztof Kempa. Bei der Ignite Clean Energy Business Competition des MIT Enterprise Forum belegt das Unternehmen den 2. Platz und erhält in einer Finanzierungsrunde A von der Venture-Capital-Firma Kleiner Perkins, Caufield und Byers Investitionsmittel in Höhe von 6 Mio. $.

Solasta entwickelt Solarzellen mit ultra-hohem Wirkungsgrad unter Verwendung nanoskaliger Elemente. Das Zell-Design basiert auf einer ‚Nanocoax’-Struktur aus amorphem Silizium und Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus einem Glassubstrat, bei welcher durch eine Verkürzung des Weges, den die Ladungsträger bis zu den Anschlußdrähten durchmessen muß, der Strom erhöht und die Materialkosten gesenkt werden. Im Gegensatz zu den zahlreichen anderen Ansätzen zur Entwicklung von Nano-Solarzellen ermöglicht die Nanocoax-Struktur – im Grunde ein nanoskaliges Koaxialkabel –den photoerzeugten Elektronen und Löchern, nur über nanoskopische Distanzen reisen zu müssen, bis sie die metallischen Elektroden erreichen. Solastas Ziel ist die Entwicklung einer ‚Plattform’ für die Umsetzung dieser Nanodraht-Technologie auf unterschiedliche Solarzellen-Materialien, weshalb neben amorphem Silizium auch CdTe und CIGS getestet wird.

Im Oktober 2008 erhält Solasta im Rahmen eines 18-Monate-Projektes Förderungen des DOE in Höhe von mehr als 3 Mio. $. Damit will das Unternehmen 100 cm² große Vorproduktionszellen mit einem Wirkungsgrad von 15 % entwickeln. Im Jahr 2009 wird die neue Technologie patentiert und im November 2009 wird gemeldet, daß Solasta auf der Suche nach weiteren 20 Mio. $ ist, um bis Ende 2010 mit der Produktion starten zu können.

Schon im März 2010 tauchen jedoch die ersten Gerüchte auf, daß Solasta aus finanziellen Gründen schließen wird – was nach einer Neubewertung des Dünnschicht-Solarmarkts durch die Venture-Capital-Investoren dann im Juli tatsächlich passiert. Die Lizenz für die ursprüngliche Nanocoax-Technologie, noch von Boston College, sowie zusätzliche von der Firma generierte Patente werden an eine nicht näher bezeichnete akademische Institution in China verkauft, die eine Entwicklung in Richtung Kommerzialisierung plant. Prof. Michael Naughton, der auch weiterhin am Boston College seine Nanocoax-Zellen aus amorphem Silizium weiterentwickelt, erreicht mit diesen Mitte 2010 einen Wirkungsgrad von 8 %.

OC Oerlikon ist ein börsennotierter Technologiekonzern mit Sitz in Freienbach, Schweiz, der auf die 1906 gegründete Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon zurückgeht. Nach einer 1998 erfolgten Umbenennung des Kerngeschäfts in Unaxis erwirbt 2005 die österreichische Victory Industriebeteiligung AG die Aktienmehrheit an Unaxis, was einen Unternehmensumbau und den neuen Namen OC Oerlikon Corp. AG, Pfäffikon, mit sich bringt, das mehrere Geschäftbereiche umfaßt. Mit der Gründung der neuen Business Unit Solar betritt das Unternehmen im Jahr 2006 den Solarenergiemarkt – in Abschluß an ein vielversprechenden F&E-Projekt und die erfolgreiche Umwandlung der früheren Display-Unit in den neuen Geschäftsbereich der Dünnschicht-Solarmodule. Oerlikon ist zu diesem Zeitpunkt der weltweit einzige Anbieter schlüsselfertiger Produktionsanlagen für Dünnschicht-Solarmodule, der die gesamte Wertschöpfungskette von der Vorbehandlung des Glassubstrats über die Beschichtung bis hin zur Konfektionierung der Module abdeckt. Aus diesem Grund widme ich dem Unternehmen in dieser Aufstellung etwas mehr Platz.

Der neue Geschäftsbereich kann umgehend Großaufträge der ErSol Thinfilm GmbH aus Erfurt sowie der Schott Solar GmbH mit einem Auftragsvolumen von über 100 Mio. CHF verbuchen. ErSol bestellt im März Produktions­anlagen für 40 MW im Wert von 33,6 Mio. CHF, während Schott im April für über 50 Mio. CHF zwei integrierte Produktionsanlagen (KAI 1200 PECVD) und die dazu gehörigen Laser Scribing Systeme ordert. Im Mai wird ein Know-how-Transfer-Vertrag mit der deutschen Roth & Rau AG abgeschlossen, wobei die von Roth & Rau gelieferten Plattformen als einheitliches Front-End für die transparent leitenden Schichten wie auch für die Silizium-Dünnfilm-Beschichtungsanlagen eingesetzt werden sollen. Darüber wird das Know-how zur Fertigung von klassischen monokristallinen Silizium-Modulen erworben.

Im September 2006 bestellt ErSol eine weitere Produktionsanlage für über 30 Mio. CHF, mit der die ErSol ihre Produktionskapazität für Dünnschicht-Solarmodule auf 40 MW pro Jahr verdoppelt. Und im Dezember wird die englische Spezialfirma für Nano- und Micro-Lasersystemen Exitech übernommen, da Laser zur Herstellung kleinster Oberflächen-Strukturen im Nanometer-Bereich eine zentrale Rolle spielen. Bei der Herstellung von Dünnfilm-Solarmodulen wird die beschichtete Glasfläche beispielsweise durch ‚Laserscribing’ in einzelne Solarzellen unterteilt, wobei diese durch die spezielle Schnittführung des Lasers montagefrei zu einem funktionsfähigen Modul verschaltet werden. Im selben Monat erhält Oerlikon Solar von der deutschen API GmbH aus Offenbach einen Auftrag im Gesamtwert von 320 Mio. CHF zur Lieferung einer schlüsselfertigen 160 MW Fabrik zur Herstellung von Dünnfilm-Solar-Modulen aus amorphem Silizium – die bislang größte europäische Anlage dieser Art. Die Fabrik soll acht Beschichtungsanlagen vom Typ Kai 1200, 16 TCO-Systeme sowie 40 Laser-Schneidesysteme umfassen. Die notwendigen Investitionen in der Höhe von rund 200 Mio. € schultert API mit Unterstützung einer Gruppe saudiarabischer Investoren, die mit dieser ersten Anlage in den Zukunftsmarkt Dünnschicht-Solar einsteigen will. Allem Anschein nach entpuppt sich dies als saudische Fatamorgana – denn man hört später nicht mehr davon, als daß es im April 2007 zu einem Zahlungsverzug gekommen sei.

Parallel arbeitet Oerlikon Solar daran, auch die multikristalline Dünnfilmtechnik zur industriellen Marktreife zu bringen, entsprechende Produktionssysteme sind bereits in der industriellen Erprobung.

Im Juni 2007 präsentiert das Unternehmen auf der Freiburger Solarmesse Intersolar erstmals die marktreife Beschichtungsanlage TCO 1200 (Transparent Conductive Oxide). Die neue Anlage basiert auf einem LPCVD-Prozess (Low Pressure Chemical Vapour Deposition), der anstelle des weit verbreiteten fluordotierten Zinnoxids das kostengünstige und umweltfreundliche Zinkoxid verwendet. Beim Abscheideverfahren reagieren Diethylzink und Wasserdampf unter reduziertem Druck zu Zinkoxid, wobei unter geeigneten Prozeßbedingungen Schichten von 2 Mikrometern Dicke mit exzellenter Oberflächentextur ohne Nachbehandlung entstehen. Niedrige Depositionstemperaturen von um 200°C schonen zudem das Substrat bzw. eröffnen eine breitere Substratwahl. Im Juli wird mit der CMC Magnetics Corp. in Taiwan ein Vertrag für die Lieferung einer 40 MW Fertigungslinie für Dünnschicht-Solarmodule abgeschlossen, bei der es sich um die weltweit erste vollautomatisierte Produktionslinie mit integrierten Prüfsystemen handelt.

Im September 2007 stellt Oerlikon Solar eine mikromorphe Tandemtechnologie vor, mit der in der nahen Zukunft Tandemmodule mit einer möglichen Effizienz von 10 % und mehr möglich werden. Die von dem Leiter der Oerlikon-Forschungabteilung Dr. Johannes Meier entwickelte Technologie kombiniert zwei unterschiedliche Siliziummaterialien – amorphes und mikrokristallines Silizium (s.u.) – in einer oberen und einer unteren Zelle. Dabei wandelt die obere amorphe Zelle den sichtbaren Anteil des Sonnenspektrums um, während die untere mikrokristalline Zelle die Energie des nahen Infrarotbereichs absorbiert. Dadurch läßt sich der Wirkungsgrad gegenüber traditionellen amorphen Einzelzellen um bis zu 50 % steigern. Basis dieser Entwicklung ist das europäische Patent Nr. 0871979 B1, das die Grundlagen der Micromorph-Tandemzellentechnologie beschreibt, und dessen Exklusivlizenz Oerlikon bereits 2003 vom IMT der Universität von Neuchatel (Schweiz) erworben hatte. Entwickelt wurde dieser Ansatz, der verschiedentlich – und passend – als eine Nanostruktur ähnlich Schweizer Käse bezeichnet wird, gemeinsam mit der Photovoltaik-Gruppe um Milan Vanecek am Institut für Physik der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik. Ich beschreibe diese Technologie unter 3D-Solarzellen (s.d.). Oerlikon besitzt zu diesem Zeitpunkt bereits mehr als 35 Patente im System- wie im Prozeßbereich der Dünnschichtmodul- und Produktionstechnologien.

Ab November 2007 wird Oerlikon Solar im Oerlikon Konzern als eigenes Segment geführt. Nun sollen die Kapazität der Produktionsstätte in Trübbach (Schweiz) verdoppelt und eine 1 MW Pilotlinie aufgebaut werden. Im Dezember folgen Großaufträge für Fertigungslinien für Dünnschichtsolarmodule – für 60 MW an Taiwans Auria Solar Co. Ltd., und für 30 MW an die in Italien ansässige PRAMAC SpA, deren Produktionsanlagen im Schweizer Kanton Tessin angesiedelt werden sollen. Diese modernsten Fertigungslinien beinhalten erstmals die neue mikromorphe Tandem-Technologie. Mit den Verträgen verbucht Oerlikon im Jahr 2007 insgesamt über 650 Mio. CHF in seinen Auftragsbüchern.

Im Februar 2008 wird mit der Vertragsunterzeichnung zwischen Oerlikon Solar und Pramac SpA der Grundstein zur ersten Dünnfilm-Solarfabrik der Schweiz, in der Nähe von Locarno, gelegt. Mit der ersten Ausbaustufe von 30 MW strebt Pramac eine Jahresproduktion von rund 250.000 Solarmodulen an. Im März folgt der Auftrag der vor kurzem gegründeten Next Solar S.A., einem Hersteller von Solarpaneelen mit Sitz in Griechenland, für eine 30 MW Produktionslinie im Industriegebiet von Tripolis auf dem Peloponnes. Im April nimmt die CMC-Anlage in Taiwan Pilotbetrieb auf, während Oerlikon gleichzeitig einen Auftrag der Baoding Tianwei SolarFilms Co. Ltd. über eine 46,5 MW Produktionslinie in Bao Ding erhält. Im Juni leitet Oerlikon beim Deutschen Landgericht in Düsseldorf rechtliche Schritte gegen die Sunfilm AG (s.u.) aus Großröhrsdorf ein, da diese ihre Absicht öffentlich gemacht hat, mit Tandem-PV-Modulen unter Verletzung der bestehenden Exklusivlizenzen von Oerlikon in den Markt einzutreten. Oerlikon ist der Ansicht, daß die in Sachsen angesiedelte Produktionsanlage darauf ausgelegt ist, sowohl die Methode als auch das Produkt gemäß dem o.g. Patent zu verletzen. Im März widerruft das Europäische Patentamt allerdings das Patent der Universität von Neuchatel, dessen exklusive Lizenz Oerlikon erworben hatte. Oerlikon ging davon aus, daß es damit auch das Exklusivrecht an der gesamten Mikromorph-Technologie besitzt, was zu dem Disput mit Sunfilm, Q-Cells und der japanischen Kaneka führt. Mit der Entscheidung, die anscheinend unangefochten bleibt, wird auch der Sunfilm-Lieferant Applied Materials gestärkt.

Im Juli 2008 gibt Sun Well, eine Tochtergesellschaft der CMC Magnetics, den Auftrag für zwei weitere Micromorph-Tandemzellen-Produktionsanlagen, von denen eine 60 MW Anlage an dem bereits bestehenden Sunwell-Produktionsstandort in Taiwan installiert wird, während eine 120 MW Anlage an einen neuen Standort geht. Zeitgleich gibt Oerlikon eine Partnerschaft mit Flextronics in Singapur sowie zwei Verträge über eine komplette a-Si Linie mit der spanischen Gadir Solar (in Cadiz, über 300.000 Paneele pro Jahr) – und eine Micromorph-F&E-Linie mit der chinesischen Chint Solar Co. Ltd. in Hangzhou, die innerhalb von zwei Jahren auf 180 MW ausgebaut werden soll. Die 2006 gegründete Firma hatte im Mai 2007 bereits mit der Produktion von PV-Produkten aus kristallinem Silizium begonnen.

Im August 2008 wird in Trübbach eine neue Pilotlinie zur Produktion und Erforschung modernster Dünnschicht-Module in Betrieb genommen, in der zweiten Jahreshälfte die neue Asienzentrale in Singapur eröffnet, und im November gibt Oerlikon Solar die Einführung seiner nächsten Technologiegeneration namens ‚Amorph High Performance’ bekannt, die eine Erhöhung der Produktionskapazität um mehr als 50 % verspricht. Mit der bisherigen Technologie ‚Amorph Basic’ sind bis zu diesem Zeitpunkt bereits mehr als 500.000 Module produziert worden. Bei dem neuen a-Si-Modul kommt die von Oerlikon Solar eigens entwickelte TCO-Schicht aus Zinkoxid zum Einsatz, die durch einen besseren Lichteinfang zur Leistungssteigerung des Solarmoduls beiträgt. Im Dezember folgt die Meldung, daß als weltweit erster Hersteller die Inventux Technologies AG (s.u.) die Micromorph-Technologie für die Serienherstellung von Dünnschicht-Silizium-Solarmodulen in Betrieb genommen hat. Die Produktionsanlage in Berlin wird es Inventux ermöglichen, jährlich bis zu 33 MW Module zu produzieren. Kurz darauf beginnt auch Auria Solar mit der Produktion von Micromorph-Modulen. Die volle Produktion soll im 1. Quartal 2009 beginnen und Auria Solar seinem Ziel, bis 2012 eine jährliche Produktionskapazität von 500 MW aufzubauen, einen großen Schritt näher zu bringen. Ende 2008 übernimmt die Renova Group 45 % der Oerlikon Aktien und wird neuer Hauptinvestor.

Das Jahr 2009 beginnt mit einer strategischen Kooperation, die im Februar mit der Tokyo Electron (TEL) geschlossen wird, einem der weltweit führenden Lieferanten innovativer Halbleiterfertigungsanlagen. Oerlikon Solar kann im ersten Quartal jedoch keine nennenswerten Geschäfte abschließen, da neue Aufträge bzw. Erweiterungsinvestitionen aufgrund der globalen Finanzkrise verschoben werden. Mit Kurzarbeit für 200 Mitarbeiter sowie dem Abbau von 60 Stellen werden Kapazitäten der aktuellen Situation angepaßt. Die Investitionen in Forschung und Entwicklung sind von den Kürzungen nicht betroffen. Im Mai vermeldet Oerlikon einen Effizienz-Rekord: Das kommerzielle 1,4 m² große Micromorph-Modul der Pilotlinie erzielt eine Ausgangsleistung von 151 W und einen Wirkungsgrad von mehr als 11 %, was einen neuen Branchenrekord im Massenfertigungsmarkt darstellt.

Ebenfalls im Mai wird die Nanotech-Maschine SOLARIS vorgestellt, welche die Herstellung kristalliner Solarzellen stark verbessert, indem die Erfahrungen des Segments Oerlikon Systems mit hochproduktiven Beschichtungsanlagen (CD/DVD/Blu-ray) und mit einer Nano-Beschichtungstechnologie verbindet. Damit wird das Geschäft mit kristallinen Solarzellen nun der erste Markt, auf den Oerlikon Systems abzielt. Bei der Herstellung von Solarzellen mittels SOLARIS werden auf die Vorderseite der Zellen sehr dünne Siliziumnitridschichten aufgetragen, wobei die Flexibilität der Anlage auch das Beschichten der Rückseite mit unterschiedlichen Materialien erlaubt. Im Juni wird Oerlikon Solar auf der weltgrößten Photovoltaikfachmesse, der INTERSOLAR in München, zum Gewinner des CELL AWARD 2009 ernannt, den das Unternehmen für sein PECVD-System KAI 1200 erhält – als „Bestes technisches Produkt für die Herstellung von Dünnschicht-Solarmodulen“.

Im Juli startet das 30 MW Pramac-Werk nahe Locarno seine Produktion, wo in der ersten Phase ca. 250.000 Solarmodule pro Jahr hergestellt werden sollen – was der Menge der bis heute in der gesamten Schweiz verbauten Solarfläche gleichkommt. Im August wird die 46 MW Produktionsstätte der Baoding Tianwei fertiggestellt – und auch wieder ein Auftrag eingeholt. Dieser stammt von dem neu gegründeten russischen Hightech-Unternehmen Nano Solar Technology Ltd. (NST), einem Joint Venture zwischen der Renova Group und der Russian Corporation of Nanotechnologies (Rusnano). Die 120 MW end-to-end-Micromorph-Anlage mit einer geplanten Jahreskapazität von einer Million Solarmodulen wird 2010 an ein Werk geliefert, welches in Novocheboksarsk (Republik Tschuwaschien) neu errichtet wird. Der Produktionsbeginn ist für 2011 geplant.

Im September startet die Serienproduktion im Sunwell-Werk in Taiwan. Im selben Monat gibt Oerlikon bekannt, mit seinen amorphen Silizium einen neuen, stabilisierten und vom NREL bestätigten Wirkungsgradrekord von über 10 % erreicht zu haben. Zeitgleich unterstützt das Unternehmen die US-Firmen Clairvoyant Energy und Xtreme Power bei der Errichtung eines der größten Parks für erneuerbare Energien auf einem stillgelegten Gelände von Ford Motor. Der Hintergrund: Eine Gruppe von Unternehmen tut sich mit Ford und dem US-Bundesstaat Michigan zusammen, um das 320 Hektar große und im Jahr 2007 geschlossene Fordwerk ‚Wixom Ford Motor Co.’ außerhalb von Detroit in einen Park für erneuerbare Energien umzuwandeln. Das historische Wixom-Gelände, auf dem Ford im Laufe von 52 Jahren etwa 6,6 Mio. Fahrzeuge wie den Thunderbird und den Lincoln Continental produziert ist, soll nun mit Produktionslinien für Solarmodule und innovative Energiespeicher runderneuert und modernisiert werden. Im Falle der Realisierung des größten wirtschaftlichen Sanierungsplans in Michigan mit seinen voraussichtlich Investitionen in Höhe von 1.275 Mrd. $ ist die Oerlikon Solar USA Inc. als bevorzugter Ausrüster für die Produktionslinie von Dünnschicht-Solarmodulen ausgewählt worden. Clairvoyant Energy aus Santa Barbara, Kalifornien, will 250 Mio. $ investieren, und der Batterie-Hersteller Xtreme Power aus Kyle, Texas, sogar 475 Mio. $, um die Fläche Ford zu kaufen und zu renovieren. Clairvoyant, das seinen Sitz nach Wixom verlegen wird, will bei dem Projekt eine 90 MW Anlage mit mikromorpher Technologie errichten, die mittelfristig auf 300 MW ausgebaut werden soll. Auch die nordamerikanische Zentrale von Oerlikon Solar soll in Wixom etabliert werden.

Im November erhält Oerlikon Systems von einem (ungenannten) führenden europäischen Hersteller kristalliner Solarzellen erstmals einen Großauftrag zur Lieferung zahlreicher SOLARIS-Beschichtungsanlagen. Die Oerlikon F&E Teams entwickeln zu dieser Zeit weitere Lösungen, etwa zur Serienfertigung von Touchscreen Panels, thermoelektrischen Generatoren oder Dünnschichtbatterien. Im Dezember folgt ein strategisches Vertriebs- und Kooperationsabkommen mit Meyer Burger für die Regionen China, Taiwan, Europa, Naher Osten, Indien und Amerika.

Nach Jahren hoher Verluste muß das Unternehmen 2010 finanziell restrukturiert werden. Grund dafür ist auch der verschärfte Preiswettbewerb im Bereich der konventionellen Siliziumwafertechnologie. Auch der Folgeauftrag eines taiwanesischen Kunden wird storniert – dafür plaziert das griechische Unternehmen HelioSphera einen. Einen Erweiterungsauftrag von 46 MW amorpher Technologie auf 75 MW mit Micromorph-Technologie erteilt die Baoding Tianwei im Juli, und im August kauft Astronergy weitere Dünnschichtanlagen, um seine Produktionskapazitäten von heute 30 MW auf 75 MW auszubauen. Im September führt Oerlikon Solar unter dem Namen ‚ThinFab’ eine neue Produktionslinie zur Fertigung von Dünnschicht-Silizium-Modulen auf dem Markt ein, mit der Modulherstellungskosten von 0,50 €/W erreicht werden sollen. Zeitgleich präsentiert das Unternehmen eine neue, in Zusammenarbeit mit der Corning Incorporated entwickelte Micromorph-Laborzelle mit einem Wirkungsgrad von 11,9 %, der durch das NREL bestätigt wird. Im Oktober bestellt die Hunan Gongchuang Photovoltaic Science & Technology Co. Ltd. eine schlüsselfertige 40 MW Micromorph-Produktionslinie (FAB 1200), mit der jährlich ca. 330.000 Solarmodule hergestellt werden sollen, und im Dezember gibt Oerlikon die ersten ThinFab-Upgrade-Aufträge bekannt.

Das Jahr 2011 startet im Februar mit dem Auftrag der Dong Xu Ltd., einem der bekanntesten chinesischen Glashersteller im Bereich der Dünnschicht-Technologie, über mehrere KAI-Anlagen. Außerdem endet in diesem Monat das freundschaftliche Elektromobilrennen Zero Race, bei dem drei Fahrzeuge in 80 Tagesetappen rund um die Welt gereist sind. Das von meinem Freund Louis Palmer (s.u. Solartaxi) organisierte Rennen über 28.000 km und durch 16 Länder startet und endet in Genf, wobei der Sieg an das Schweizer Team von Oerlikon Solar geht, das mit dem Kabinenmotorrad Zerotracer teilgenommen hat. Gestartet waren vier Teams: Der Zerotracer, einer Verschmelzung von Auto und Motorrad, das deutsche Vectrix Team mit einem Motorrad (2. Platz), das australische Team Trev (3. Platz) sowie das südkoreanische Power Plaza Team, das jedoch schon in Berlin aufgrund eines technischen Defekts aufgeben mußte. (Mehr über Elektromobilrennen usw. findet sich in dem entsprechenden Kapitel).

Im Juni folgt der erste Auftrag für eine komplette 120 MW ThinFab Micromorph-Produktionslinie durch einen neuen Kunden aus Asien, und im September präsentiert Oerlikon ein neues Rekordmodul mit 154 W Modulleistung und 10,8 % Effizienz. Im Dezember wird mit dem Zentrum für internationale Zusammenarbeit der chinesischen Gesellschaft für erneuerbare Energien (China Renewable Energy Society, CRES) eine strategische Partnerschaft im Bereich der Dünnschichtsilizium-Technologie in China vereinbart. Daneben wird die 2. Generation der ThinFab-Linie vorgestellt, die eine Reduktion der benötigten Investitionen um 23 % ermöglicht und einen um 17 % höhere Kapazität verspricht.

Im Januar 2012 präsentiert Oerlikon eine neue Rekordzelle mit einem Wirkungsgrad von 12,5 %, die in Zusammenarbeit mit dem führenden Spezialglashersteller Corning Incorporated entwickelt wurde. Und im März unterzeichnet man mit dem strategischen Partner Tokyo Electron Ltd. einen Kaufvertrag für den Oerlikon-Geschäftsbereich Solar. Im Oktober erteilt das Handelsministerium der Volksrepublik China (MOFCOM) seine kartellrechtliche Zustimmung zu dem Verkauf, der im November für rund 250 Mio. CHF abgeschlossen wird. Damit verschwindet einer der glänzenden Namen vom Himmel der amorphen Solarzellen...

Auch im wissenschaftlichen Bereich gibt es einige Meldungen:

Im Juli 2010 zeigen Forscher der TU Delft um Gijs van Elzakker, wie der Energieertrag von relativ billigen Solarzellen aus amorphem Silizium von rund 7 % auf bis zu 9 % gesteigert werden kann. Die relativ geringe Ausbeute begründet sich durch den von der Wissenschaft noch nicht vollständig erklärten sogenannten Staebler-Wronski-Effekt. Dieses Phänomen, das sich in den ersten Stunden manifestiert, in denen die Paneele dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, reduziert deren Effizienz um rund ein Drittel. In seiner Doktorarbeit untersucht Elzakker Anpassungen in der Produktion amorpher Silizium-Schichten, die durch Silangas (SiH4) hergestellt werden. Dabei stellt er fest, daß die Struktur der Siliziumschicht während des Herstellungsprozesses durch Verdünnen des Silangases mit Wasserstoff verändert werden kann. Dies scheint eine Reduktion des negativen Staebler-Wronski-Effekts zu ermöglichen. Diese Erkenntnisse werden bereits in der Produktion der deutschen Firma Inventux Technologies AG Technologies angewendet, wo Elzakker inzwischen arbeitet.

Im Februar 2011 berichtet die Fachpresse, daß Wissenschaftler des California Institute of Technology (Caltech) um den Physiker Prof. Harry Atwater eine kostengünstige Beschichtung Dünnschicht-Solarzellen aus amorphem Silizium entwickelt haben, die deren Lichteintrag um bis zu 15 % steigern könnte. Als Grundlage dient das Phänomen der Flüstergalerie (auch Flüstergewölbe), bei dem Schallwellen um eine konkave Oberfläche herum wandern können. Man kennt dies beispielsweise aus den Kuppeln von Kathedralen. Die Studie des Atwater-Teams, die bislang auf „völlig theoretischen“ Ergebnissen beruht und das Ergebnis numerischer Simulationen ist, wird unter dem Titel ‚Light Absorption Enhancement in Thin-Film Solar Cells Using Whispering Gallery Modes in Dielectric Nanospheres’ veröffentlicht.

Das Konzept beinhaltet eine Schicht von Nanokügelchen aus Siliziumdioxid, die über dem (beliebigen) PV-Material angeordnet sind und das Licht in ihrem Inneren fangen, bevor es von der darunterliegenden Schicht absorbiert wird. Durch die Abstimmung der Größe der Kügelchen und durch Einstellen des Abstands zwischen ihnen kann die Position der Resonanz variiert werden, was die Erfassung und Übertragung der verschiedenen Ebenen und Winkel des Lichts verbessert und den Wirkungsgrad der Solarzellen erhöht. Nun sollen die Erkenntnisse auch experimentell umgesetzt werden.

Auch das Oldenburger EWE-Forschungszentrum für Energietechnologie e.V. NEXT ENERGY stellt – einer Meldung im Mai 2011 zufolge – die Silizium-Dünnschichttechnologie in den Mittelpunkt seiner Forschung. Für die Herstellung von Silizium-Dünnschichtsolarzellen verfügt das Zentrum über eine Beschichtungsanlage mit sechs Prozeßkammern, mit der Siliziumschichten, transparent leitende Oxide (TCOs) und Metalle auf unterschiedlichste Substrate abgeschieden werden können. Neben amorphen Silizium-pin-Solarzellen (Single-Junction) lassen sich auch mikromorphe Tandemsolarzellen mit reproduzierbaren Wirkungsgraden von mehr als 10 % prozessieren. Hierzu werden eine amorphe und eine mikrokristalline pin-Solarzelle gestapelt, die jeweils Licht von unterschiedlicher Wellenlänge absorbieren. Daneben arbeiten die Forscher auch daran, mit Hilfe von neuartigen Siliziumlegierungen die Entwicklung von Triple-Junction-Solarzellen voranzutreiben.

Amorphes und mikrokristallines Silizium (a-Si + µc-Si)

Die Technologie, Solarzellen aus zwei unterschiedlichen Siliziumschichten herzustellen, ist uns bereits oben bei dem amorphen Silizium begegnet (BudaSolar, Astronery, Oerlikon u.a.). Im Fall der vorliegenden Kombination sind die Produkte auch unter dem Namen mikromorphe Dünnschicht-Solarzellen bekannt. Die Entwicklungsgeschichte dieser Technologie reicht relativ weit zurück.

Bereits im Jahr 1994 entsteht in der Schweiz am Institut de Microtechnique (IMT) der Universität Neuchâtel die erste mikromorphe Dünnschicht-Solarzelle, bei der sowohl amorphes als auch mikrokristallines Silizium vorkommt – und die deshalb auch Tandem-Zelle genannt wird. Während das amorphe Silizium das kurzwellige grüne und blaue Licht des Sonnenspektrums in elektrische Energie umsetzt, übernimmt das mikrokristalline Silizium die Umsetzung des langwelligen roten und infraroten Anteils, wodurch ein Wirkungsgrad von 11 % erreicht wird, der sich nach einigen hundert Stunden Betriebsdauer bei etwa 9 % stabilisiert.

Am IMT wird zu diesem Zeitpunkt seit über zehn Jahren auch schon an neuen Produktionsverfahren für Dünnschicht-Solarzellen gearbeitet, und nun wird eine drastische Wachstumsbeschleunigung der Dünnschichten erreicht. Während bei dem industriellen Plasma-Abscheidungsprozeß (Plasma-assisted chemical vapour deposition, CVD) eine elektromagnetische Welle von rund 13 MHz eingesetzt wird, geht man beim IMT bis auf 100 MHz, was den Wirkungsgrad markant verbessert. Bei dieser VHF-Abscheidung (VHF = Very High Frequency) wachsen Dünnschichten mindestens viermal so schnell, während sich der Silanbedarf gleichzeitig um etwa 60 % reduziert.

Die 2003 gegründete und in Charlotte, North Carolina, beheimatete Firma Sencera entwickelt eine Dünnfilmtechnologie, die zu Beginn zur Herstellung von Transistoren und integrierten Schaltungen eingesetzt wird. Im Jahr 2006 verlagert sich der Fokus auf Solarenergie, und Sencera übernimmt Entwicklungsaufträge für CIGS-Hersteller. 2007 beginnt die Entwicklung einer eigenen Tandem-Solarzelle aus amorphem und mikrokristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von mehr als 10 %. Zur Herstellung kommt die firmeneigene Sencera Viper Produktionsanlage mit ihrer vollautomatischen, großflächigen Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD)-Technologie zum Einsatz. Die Produktionslinie der Firma selbst hat eine Kapazität von 50 MW pro Jahr, und schon im April 2007 erfolgt der Verkauf der ersten Viper an einen ungenannten Kunden.

Im April 2008 erhält Sencera 3,6 Mio. $ Investitionsmittel durch den The Quercus Trust, um eine 1 MW Fertigungs-Plattform zu entwickeln, der anschließend der Bau einer 35 MW - 50 MW Fertigungslinie folgen soll. Im Juli bekommt das Unternehmen einen Zuschuß des North Carolina Green Business Fonds in Höhe von 100.000 $, und im September strömen weitere 5,2 Mio. $ in die Kassen – als erstes Drittel einer an Meilensteine gebundene Gesamtinvestition von 15,6 Mio. $ durch Quercus Trust und Equinox Securities. Schon im Dezember erreichen die Sencera-Zellen einen Wirkungsgrad von 7 % - womit eine weitere Tranche fällig wird.

Der Wirkungsgrad von 8,7 % - der dritte Meilenstein - wird im März 2009 erreicht. Im Oktober installiert Sencera die erste, noch recht bescheidene PV-Anlage aus eigener Produktion auf einem Weingut in Mocksville, North Carolina (104 Stück 100 W Paneele). Es bestehen zwar Pläne für den Bau einer 38 MW Modul-Fertigungslinie in Charlotte, für die 36 Mio. $ benötigt werden, doch seit 2010 hört man nichts mehr von dem Unternehmen.

2004 wird Tobias Repmann (Forschungszentrum Jülich/RWTH Aachen) für seine Doktorarbeit ‚Stapelsolarzellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium - Prozeß- und Modulentwicklung’ mit dem Wissenschaftspreis 2004 ausgezeichnet. Im Rahmen seiner Arbeit entwickelt er industrienah hergestellte Prototypen 30 x 30 cm großer Solarmodule, die amorphes und mikrokristallines Silizium enthalten und einen um bis zu 50 % höheren Wirkungsgrad erreichen als kommerziell erhältliche Module, die nur amorphes Silizium nutzen.

Im Jahr 2005 gilt die Firma Kaneka als Technlogieführer, die in kleinem Umfang Module für den japanischen Markt herstellt.

Ansonsten ist es eine lange Zeit weitgehend ruhig in diesem Bereich – bis im Jahr 2007 gleich mehrere Firmen mit der Tandem-Technologie auf den Markt kommen oder neu gegründet werden.

Eine dieser 2007 gegründeten Firmen ist die Auria Solar Co. Ltd., ein Unternehmen mit Hauptsitz im Tainan Science Park, Taiwan, das in der Erforschung, Entwicklung und Produktion von mikromorphen Dünnschicht-Solarmodulen eigenen Angaben zufolge Pionierarbeit leistet. Im Dezember 2008 beginnt Auria die Pilotproduktion auf Grundlage der Mikromorph-Technologie von Oerlikon, und ist damit und mit eigenen Innovationen (270 eingereichte Patente für Hocheffizienz-Module) bereits 2009 in der Lage, auf einer komplett automatisierten End-to-End Produktionslinie 60 MW PV-Module pro Jahr zu produzieren. Aurias mikromorphe Solarmodule haben eine Tandem-Struktur mit einem zusätzlichen mikrokristallinen Absorber unterhalb der amorphen Schicht, was mit einer Effizienzsteigerung von etwa 50 % gegenüber amorphen Modulen einhergeht. Die 1,1 x 1,3 m großen Paneele mit 140 W Ausgangsleistung erreichen einen Modulwirkungsgrad von 9,1 % (bei einem Zellenwirkungsgrad von 10 %). Bis Ende 2011 will man nun eine Produktionskapazität von 245 MW erreichen – die bis 2012 auf sogar 500 MW (andere Quellen: 525 MW) ausgebaut werden soll... was dann doch nicht so schnell geht.

Das ansonsten recht ruhig agierende Unternehmen meldet im März 2011, daß es gemeinsam mit der japanischen Mitsubishi Heavy Industries Ltd. eine Absichtserklärung unterzeichnet habe, bei der es um eine Zusammenarbeit (einschließlich Kapitalbeteiligung) bei der Entwicklung, Produktion und dem Vertrieb von Dünnschicht-Modulen geht. Als erstes soll in Taiwan eine neue 65,3 MW Produktionslinie für mikromorphen Module errichtet werden. Für die Zellen wird ein Wirkungsgrad von 11 % anvisiert. Auria plant derweil einen Ausbau der eigenen Kapazität auf über 200 MW im Jahr 2012.

Die Inventux Technologies AG ist ebenfalls ein Anfang 2007 gegründetes Unternehmen, das an seiner Produktionsstätte in Berlin Dünnschicht-Solarmodule auf Basis von Silizium entwickeln, produzieren und vermarkten will. Im September gibt Inventux bekannt, daß man beim Schweizer Oerlikon-Konzern (s.o.) eine Produktionsanlage für mikromorphe Tandem-Solarmodule bestellt habe, mit der ab Oktober 2008 jährlich 275.000 Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 33 MW produziert werden sollen. Die Motivation die Gründer: Die mikromorphe Tandem-Technologie besitzt ein hohes Wirkungs­gradpotential von über 10 % und vereinfacht den Herstellungsprozeß von Photo­voltaikmodulen signifikant. Tatsächlich gilt Inventux bald darauf als europaweit erstes Solarunternehmen, das mikromorphe Dünnschichtmodule in Serie herstellt.

Im Jahr 2010 erweitert das Unternehmen sein Angebotsspektrum hin zu Komplettsystemen. Außerdem gewinnt es für seine Dünnschichtsolarmodule der X-Series MICROMORPH red dot design award 2010 im Bereich Produktdesign sowie den IF product design award 2011. Unter den Referenzprojekten hebt sich eine 700 kW Dachanlage der DKB-Fußballarena in Rostock hervor – die bislang größte Einzelanlage der Inventux. Ab März 2010 plant und implementiert die Tochter Inventux Solutions gemeinsam mit einem Partnernetzwerk Photovoltaikanlagen in Deutschland und im europäischen Ausland.

Im Rahmen des vom BMBF und BMU im Sommer 2010 beschlossenen Anreizprogrammes ‚Innovationsallianz Photovoltaik’ startet die Inventux gemeinsam mit den Partnern PVcomB, Next Energy und Hüttinger Elektronik im Mai 2011 ein Forschungsvorhaben mit dem Ziel, den Wirkungsgrad der mikromorphen Technologie auf über 12 % zu steigern – bei gleichzeitiger Verdopplung der Abscheideraten. Das von Inventux koordinierte Forschungsprojekt gliedert sich in zwei Teilvorhaben: Zum einen geht es um die Steigerung der Modulwirkungsgrade, die sowohl in der mikromorphen Tandemzelle als auch in einer weiterentwickelten Triplestruktur erzielt werden sollen, deren Vorentwicklung bei PVcomB und Next Energy läuft. Zweitens sollen gemeinsam mit Hüttinger Elektronik die PECVD-Anlagen so optimiert werden, daß dies zu einer signifikanten Steigerung der Durchsatzraten bei gleichbleibend hoher Qualität führt. Die Innovationsallianz fördert das Vorhaben über einen Zeitraum von drei Jahren mit insgesamt 3,4 Mio. €, einen gleich hohen Betrag wenden die beteiligten Unternehmen auf.

Im Februar 2012 wird auf dem Gebäude der Galeries Lafayette im ‚Quartier 207’ in der Berliner Friedrichstraße eine Photovoltaikanlage der Inventux an das öffentliche Stromnetz angeschlossen. Anlagenbetreiber ist die Berliner Energieagentur (BEA), die ebenso wie der Bundesverband Solarwirtschaft ihren Sitz in diesem Gebäude hat. An sonnigen Tagen liefert die Anlage bis zu 50 % des Strombedarfs der BEA Büroräume. Im April folgt bei den Stadtwerken Neuss der Netzanschluß einer 395,25 kW-Flachdachanlage mit 3.162 Modulen. Außerdem wird die gemeinsam mit der Georg Utz GmbH speziell für die Montage von Inventux-Dünnschichtsolarmodulen auf Flachdächern entwickelte Montagelösung fiXflat zum ‚Produkt des Jahres 2012’ gewählt. Die Modulpalette, seit Oktober 2010 auf den Markt, besteht aus UV-stabilisiertem, recyceltem Kunststoff, der wiederum voll recyclefähig ist.

Im Mai 2012 meldet Inventux beim Amtsgericht Charlottenburg Insolvenz an, die Produktion wird eingestellt, die Mitarbeiter erhalten zunächst Kurzarbeitergeld und in einem internationalen Verfahren wird nach Investoren gesucht. Im August übernehmen nicht näher genannte Investoren aus der Minenindustrie und dem Infrastrukturbereich in Argentinien und Chile das Unternehmen, das anschließend als Inventux Solar Technologies GmbH weitergeführt wird und die Produktion am Standort Berlin-Marzahn wieder aufnimmt.

Die weiter oben bei Oerlikon schon kurz erwähnte Firma Sunfilm AG in Großröhrsdorf nahe Dresden wird 2007 (o. Ende 2006?) von den Unternehmen Good Energies Capital (New York, USA) und NorSun (Oslo, Norwegen) gegründet und bestellt umgehend eine 60 MW SunFab Herstellungslinie für Dünnschicht-Tandem-Junction-Module von Applied Materials Inc., die im April 2008 ihren Betrieb aufnimmt und Module mit einem Wirkungsgrad von 8 % produziert. Bereits im Mai ordert Sunfilm eine zweite Linie mit über 60 MW Jahreskapazität, die ab Mitte 2010 Paneele mit 5,7 m² Fläche in Großserie produzieren soll. Im Juni beginnt die rechtliche Auseinandersetzung mit Oerlikon (s.o.).

Im April 2009 geben die Sunfilm AG und die Sontor GmbH in Bitterfeld-Wolfen ihren Zusammenschluß bekannt. Das neue Unternehmen trägt den Namen Sunfilm AG und besitzt an den Standorten Großröhrsdorf und Bitterfeld-Wolfen eine Gesamtproduktionskapazität von 85 MW pro Jahr, die noch in diesem Jahr auf 145 MW ausgebaut werden soll. Die Innovations-Kompetenzen beider Unternehmen werden am Forschungs- und Entwicklungszentrum der neuen Sunfilm AG in Bitterfeld-Wolfen gebündelt. Q-Cells, alleiniger Eigentümer von Sontor, wird 50 % der neuen Sunfilm-Aktien halten. Good Energies hält rund 35 % des neuen Unternehmens und etwa 15 % werden von NorSun gehalten. Die Sontor GmbH war im Jahr 2006 von Q-Cells gegründet worden und hatte 2007 mit der Produktion auf einer 8 MW Linie begonnen und diese bis Ende 2008 auf 24 MW ausgebaut. Im Laufe des Jahres 2008 werden allerdings nur 3,6 MW mikromorphe Solarpaneele produziert, deren Technologie Q-Cells zufolge gemeinsam von Q-Cells, Applied Materials in Santa Clara, Kalifornien, und dem Forschungszentrum Jülich in Deutschland entwickelt wurde.

Ende März 2010 stellt die Sunfilm AG wegen Zahlungsunfähigkeit beim Amtsgericht Dresden den Antrag auf Einleitung eines Insolvenzverfahrens, das die beiden Standorte mit rund 300 Mitarbeitern betrifft, die bereits seit Ende 2009 in Kurzarbeit beschäftigt wurden. Im Oktober 2010 wird der Produktionsstandort in Thalheim an einen Investor verkauft, die nordrhein-westfälische Wilms-Gruppe des Unternehmers Johannes Erich Wilms aus Menden, die das Dünnschichtmodulwerk inklusive aller 79 Mitarbeiter übernimmt. Die Wilms-Gruppe führt mehr als 50 selbstständige Unternehmen mit insgesamt etwa 5.000 Beschäftigten und ist auf die Herstellung von Kabeln spezialisiert und im Maschinen- und Anlagenbau sowie beim Bau von Wasseraufbereitungsanlagen tätig. Im PV-Bereich hatte die Wilms-Gruppe bereits den Hersteller von CdTe-Solarmodulen Antec Solar Energy übernommen. Über die genauen Kaufmodalitäten wird in beiden Fällen Stillschweigen vereinbart. Der sächsische Standort Großröhrsdorf wird von einer Tochtergesellschaft der Bielefelder Schüco International gekauft.

2012 ist von Sunfilm und der Wilms-Gruppe nichts mehr zu finden, außer einem Tiefkühl-Service und einer Transport GmbH. Für sachdienliche Hinweise wäre ich dankbar.

Im Juli 2007 meldet die Sanyo Electric Co. Ltd. einen neuen Weltrekord bei seinen kristallinen Siliziumzellen, an denen schon seit 1990 gearbeitet wird. Mit 22 % brechen die HIT solar cells (im Labor) den bisherigen firmeneigenen Rekord von 21,8 %. HIT steht dabei für ‚Heterojunction with Intrinsic Thin layer’. Diese Solarzellenart besteht aus einem einzelnen dünnen Wafer aus kristallinem Silizium, der von Schichten aus ultradünnem amorphem Silizium umgeben ist. Gleichzeitig wird die Oberfläche durch winzige Unebenheiten optimiert, so daß weniger Licht reflektiert wird. Als praktische Größe für eine derartige Zelle gelten 100 cm² oder mehr. Ihre Entwicklung erfolgt am Advanced Energy Laboratory in Kobe. Die HIT-Zellen kommen 1997 erstmals auf den Markt, und erreichen als Serienprodukte 2003 einen Zellenwirkungsgrad von 19,7 % und einen Modulwirkungsgrad von 17 %. Im Jahr 2005 beginnt ihre Massenherstellung in einer Fabrik in Ungarn, wo bis 2007 über 100 Millionen Zellen hergestellt werden.

Im August 2008 berichten die Fachblogs, daß Sanyo an seinem neu aus der Taufe gehobenen Advanced Photovoltaics Development Center in seiner Chipfabrik in Gifu im Laufe der beiden Folgejahre 70 Mio. $ in die Weiterentwicklung und Kommerzialisierung seiner mikrokristallinen Dünnschicht-Technologie investieren wird. Den Firmenunterlagen zufolge ist bereits 2002 mit der ersten Arbeiten in diese Richtung begonnen worden. Der mikrokristalline Film soll in einer Tandem-Struktur mit einer Schicht aus amorphem Silizium verwendet werden und ab 2012 in Serienproduktion gehen. Sanyo Ziel ist es, bis dahin eine Effizienz von 12 % zu erreichen und die Modulkosten auf 1,40 $/W zu senken.

Im Jahr 2011 wird Sanyo eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Panasonic Corp.

Im September 2012 gewinnt das von Panasonic unterstützte Team der Tokai University die Sasol Solar Challenge South Africa 2012, die mit 4.632 km als das streckenlängste Solarmobil-Rennen der Welt gilt. Der Rennwagen des Tokai-Teams ist mit den HIT Solarzellen und Hochleistungs-Lithium-Ionen-Akkus ausgestattet. Für die Tour rund um Südafrika braucht der Wagen 11 Tage.

Der zeitweilige Weltmarktführer Sharp Corp. produziert im Jahr 2006 Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 427 MW. Mit mono- und polykristallinen Solarmodulen, Dünnschichtmodulen und Mehrschichtzellen hat die Firma verschiedene PV-Technologien im Portfolio. Dünnschicht- und Tandemzellen werden ab 2005 hergestellt. Im Oktober 2008 beginnt das Unternehmen in seinem Werk in Katsuragi, Präfektur Nara, mit der Massenproduktion von Dünnschicht-Solarzellen der zweiten Generation, die eine Effizienz von 9 % aufweisen. Der japanische Elektronik-Hersteller hatte rund 22 Mrd. Yen (~ 215 Mio. $) investiert, um seine jährliche Produktionskapazität von den vorhandenen 15 MW auf 160 MW auszubauen. Der Ausstoß soll primär zur Errichtung großer Solarkraftwerke in Europa dienen, wo die Nachfrage stark expandiert.

Sharp erwägt nun, bis Anfang 2011 auch in Europa einen neuen Produktionsstandort für Dünnschicht-Zellen aufzubauen. Außerdem wird in Sakai, Japan, für 72 Mrd. Yen (~ 704 Mio. $) eine weitere Fabrik gebaut, die 480 MW Solarzellen der dritten Generation aus amorphem Silizium herstellen soll. Mit diesen Triple-Junction-Solarzellen aus zwei Schichten amorphem Silizium und einer Schicht kristallinem Silizium soll ein Zellenwirkungsgrad von 13 % und ein Modulwirkungsgrad von 10 % erreicht werden.

Das Unternehmen hofft, seine weltweite jährliche Gesamtproduktionskapazität schon im Geschäftsjahr 2010 auf 1 GW steigern zu können – bis 2014 werden sogar 6 GW angepeilt. Neben diesen Aktivitäten testet Sharp in Spanien und Italien seine PV-Konzentrator-Technologie, die allerdings noch für ein paar Jahre nicht kommerzialisiert werden soll, und feiert Erfolge mit seinen Mehrschicht-Solarzellen (s.d.).

Im Juli 2010 gründen die Sharp Corp. und die Enel Green Power ein Gemeinschaftsunternehmen, den unabhängigen Elektrizitätserzeuger Enel Green Power & Sharp Solar Energy S.r.l. (ESSE), der im März 2012 an fünf Standorten in Italien Solarstromanlagen mit einer Gesamtkapazität von 14,4 MW in Betrieb nimmt. Die fünf Anlagen arbeiten mit Dünnschichtmodulen der Firma 3Sun S.r.l., einem (weiteren) Gemeinschaftsunternehmen an dem Sharp, EGP und ST Microelectronics zu gleichen Teilen beteiligt sind. Bis Ende 2016 plant ESSE den Bau weiterer Solarstromanlagen mit einer Gesamtkapazität von gut 500 MW. ESSE will das Solargeschäft vor allem im Mittelmeerraum ausbauen und plant außerdem Anlagen in Nahost und Afrika unter Verwendung seiner in Italien hergestellten Dünnschichtmodule. Die 3Sun hatte im Juli 2011 in Catania Italiens größte PV-Paneele-Fabrik eröffnet, die im Dezember ihre Produktion von Dünnschicht-Solarmodulen aufgenommen hat. Das Werk fertigt integrierte Multi-Junction-Dünnschichtzellen und –Module mit einer anfänglichen Produktionskapazität von 160 MW pro Jahr, was in den nächsten Jahren auf 480 MW gesteigert werden soll.

Im August 2012 gibt Sharp Verluste im Solarbereich in Höhe von 58 Mio. $ bekannt und strukturiert seinen Geschäftszweig um. Die Solarenergie wird mit Gesundheit und Umwelt zur Health, Environment and Energy Solutions Group verschmolzen - und die Produktion der Fabrik in Katsuragi heruntergefahren.

2013 bietet Sharp neben 14 poly- bzw. multikristallinen Modulen der ND-Serie auch 8 verschiedene Dünnschichtmodule der NA-Serie mit einer Tandemstruktur aus einer amorphen und einer mikrokristallinen Siliziumschicht an, die Modulwirkungsgrade zwischen 8,2 % und 9,6 % aufweisen.

Einen nur sehr kurzen Auftritt hat das Startup Sunworks Solar LLC aus San Francisco, das ehemalige Führungskräfte der Firma SunEdison im August 2008 gründen, um in New York eine Fabrik zur Herstellung von Solarpaneelen aus zwei Schichten von amorphem und mikrokristallinem Silizium aufzubauen. Mitte 2009 laufen Verhandlungen mit der New Yorker Verwaltung über entsprechende Förderungen. Die New York Power Authority (NYPA) erklärt sich bereit, bis zu 5 MW aus Wasserkraft bereitzustellen, um Sunworks beim Bau und Betrieb ihrer geplanten 75 MW Fabrik für 200 Mio. $ zu unterstützen. Das Unternehmen plant, die Betriebseinrichtungen entweder von Applied Materials in Santa Clara, Kalifornien, und von Oerlikon Solar in der Schweiz zu kaufen. Der Bau soll im Frühjahr 2010 beginnen, Informationen über Sunworks Investoren gibt es nicht. Tatsächlich wird die Firma aber schon im November 2009 von der Amonix Inc. übernommen, die sich auf CPV-Systeme konzentriert (s.d.). Finanzielle Einzelheiten werden nicht bekannt gegeben.

Im Februar 2011 wird gemeldet, daß das Forschungszentrum Jülich GmbH im Rahmen des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit mit 4,4 Mio. € geförderten Forschungsprojektes LIMA (Lichtmanagement für industriell gefertigte Silizium-Dünnschicht-Solarmodule) erstmals Silizium-Dünnschichtsolarmodule mit einer Fläche von über 1 m² und einem Wirkungsgrad von 10,6 % vorgestellt hat, die von Industriepartner hergestellt sind und deren Zellen aus amorphem und mikrokristallinem Silizium von rund zwei Mikrometern Dicke bestehen.

Den Wissenschaftlern um Jürgen Hüpkes zufolge kann rund ein Drittel der Modulleistung auf das Lichtmanagement, also die verbesserte Ausnutzung des einfallenden Lichtes, zurückgeführt werden. Daneben seien vor allem die elektrischen Kontaktschichten bzw. Elektroden für die Funktion einer Solarzelle wichtig, wobei der elektrische, möglichst transparente Frontkontakt aus einem Metalloxid wie etwa Zinkoxid flächendeckend auf der Vorderseite des Siliziums liegt, während das Silizium auf der Rückseite durch eine zweite Elektrodenschicht und eine vollreflektierende Metallschicht aus Silber abgeschlossen wird. Um den Lichtlaufweg in der Zelle möglichst zu verlängern, wird der Übergang zwischen den verschiedenen Schichten durch einen oder mehrere Ätzschritte mit Fluß- oder Salzsäure aufgerauht und dadurch lichtstreuend gemacht. Dadurch laufen die Lichtstrahlen mehr als 16-mal länger durch das Silizium.

In kommenden Projekten soll der im Labormaßstab bereits erzielte Wirkungsgrad von 12 % nun auch auf großformatige Industriemodule übertragen werden. Neben dem federführenden Forschungszentrum Jülich sind an dem dreieinhalbjährigen LIMA-Projekt die Firmen Applied Materials, Sentech Instruments, Sunfilm, Schott Solar Thin Film, Saint-Gobain Sekurit, Malibu Solar, das Helmholtz-Zentrum Berlin, das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik und die RWTH Aachen beteiligt.

Amorphes und monokristallines Silizium (a-Si + c-Si)

Forscher des Schweizer Instituts für Mikrotechnologie (IMT) in Neuenburg, das seit 2009 zur Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) angehört, melden im September 2012 einen neuen Rekord-Wirkungsgrad für Solarzellen aus amorphem und monokristallinem Silizium von 21,4 %, der auch vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) bestätigt wird.

Das Team um Prof. Christophe Ballif bringt hierfür eine extrem dünne Schicht – nur 1/100 Mikron – aus amorphem Silizium auf den beiden Seiten eines kristallinen Silizium-Wafers auf. Zur effizienten Funktion muß insbesondere die Schnittstelle zwischen den beiden unterschiedlichen Silizium-Typen optimiert werden.

Nach Angaben der Forscher ist die Kommerzialisierung dieser Innovationen noch ein paar Jahre entfernt. Die Arbeiten werden von der Firma Roth & Rau Schweiz finanziert, deren Muttergesellschaft, Meyer Burger, bereits mit der Vermarktung der Maschinen begonnen hat, mit denen diese Art von Heteroübergangs-Zellen montieren werden. Man möchte innerhalb von drei bis fünf Jahren Herstellungskosten von 100 $/m² erreichen. Unter den klimatischen Bedingungen in der Schweiz könnte eine solche Fläche zwischen 200 kWh und 300 kWh Strom pro Jahr produzieren.

Aufgewertetes metallurgisches Silizium (umg-Si)

In der Mikroelektronik genutztes Silizium hat einen Reinheitsgrad von 99,99999 % und kostet pro Kilogramm zwischen 150 $ und 250 $. Weltweit hergestellt werden davon rund 70.000 t pro Jahr. Das aufgewertete metallurgische Silizium (upgraded metallurgical silicon) hat dagegen einen Reinheitsgrad von nur 99 % und kostet um 3 $ das Kilo. Von diesem Material werden rund 1,2 Mio. t pro Jahr hergestellt (Stand 2007).

Weitere Namen für dieses verunreinigte Rohsilizium, das unter anderem Eisen, Kobalt, Nickel, Bor, Phosphor und/oder Aluminium enthalten kann, lauten: schmutziges Silizium (dirty Si), gereinigtes metallurgisches Silizium, low grade silicon oder scrap silicon. Es wird traditionell für die Herstellung von Aluminium-Legierungen verwendet und galt bislang aufgrund seiner Verunreinigungen als ungeeignet zur Herstellung von Solarzellen.

Im November 2005 berichtet ein Forscherteam der University of California, Berkeley, daß es eine neue Technik entwickelt habe, mit welcher die Metalldefekte von low-grade Silizium behandelt werden können. Unter Verwendung dieser Technik sei es möglich, Verunreinigungen im Silizium kostengünstig zu entfernen, um die Effizienz von minderwertigem Silizium zu verbessern. Der Initiator kehrt jedoch bald darauf wieder nach Deutschland zurück:

Im Jahr 2006 teilt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) mit, daß für die nächsten Jahre eine Verzehnfachung des Marktes für Solarzellen und eine Umsatzsteigerung von heute 10 Mrd. $ auf 100 Mrd. $ erwartet wird. Der neue Fraunhofer-Chef Prof. Eicke Weber hatte zuvor 23 Jahre lang an der Universität Berkeley, Kalifornien, gelehrt und gilt als Experte für ‚schmutziges Silizium’. Seiner Meinung nach muß sich die Herstellung von Solarzellen nicht auf hochreines Silizium beschränken, insbesondere weil die Herstellungskosten für schmutziges Silizium wesentlich günstiger sind. Zudem braucht man bei der Produktion von Modulen mit schmutzigem Silizium auch nur ein Zehntel der sonst üblicherweise benötigten Energie, wobei die Herstellung einen anderen Prozeß erfordert, als bei purem Silizium. Dies scheint aber ein hartes Geschäft zu sein – das nicht vom Glück begünstigt ist, wie die folgenden Firmenberichte zeigen werden.

Was das ISE anbelangt, so kooperiert dieses Anfang 2008 mit dem Institut für Kernchemie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, dem sich damit ein neues Arbeits- und Forschungsfeld erschließt: die Analyse von schmutzigem Silizium für den Einsatz in Solarzellen. Während am ISE an Verfahren gearbeitet wird, die Verunreinigungen unschädlich zu machen, soll am Forschungsreaktor in Mainz mit Hilfe der Neutronenaktivierungsanalyse die Gesamtkonzentration der Metalle im Silizium sehr präzise und empfindlich bestimmt werden. Das ISE-Team um Stefan Reber geht davon aus, daß schmutziges Silizium möglicherweise durch Temperaturbehandlung so manipuliert werden kann, daß sich die darin enthaltenen Metalle in wenigen Clustern konzentrieren.

An einer praktischen Umsetzung der UMG-Technologie arbeitet bereits das 2006 gegründete Startup-Unternehmen CaliSolar Inc. aus Menlo Park, eine Ausgründung der Universität von Kalifornien in Berkeley, das in einer ersten Finanzierungsrunde 9 Mio. $ von Advanced Technology Ventures und Globespan Capital Partners bekommt.

Bereits im Oktober 2007 stellt das Unternehmen eine neue Methode vor, mit welcher Solarzellen mittels aufgewertetem metallurgischen Silizium hergestellt werden können. Die Zellen von CaliSolar erreichen einen Wirkungsgrad von 14 %, und für das erste Quartal 2008 ist der Bau eines Herstellungslinien-Prototyps geplant. Anschließend will das Unternehmen mit der Massenproduktion beginnen, für die allerdings ein Finanzbedarf zwischen 30 Mio. $ und 50 Mio. $ besteht. Während das Unternehmen seine Forschungen in Berlin durchführt, wird die Produktionsanlage für die Solarzellen in Kalifornien errichtet. Im Laufe des Jahres 2008 gelingt es CaliSolar in einer Finanzierungsrunde B 51,9 Mio. $ Investitionsmittel sowie zusätzliche 50 Mio. $ in wandelbaren Wertpapieren einzunehmen. Hauptinvestor sind Hudson Clean Energy Partners, weitere Investoren sind SDTC, Gold Hill Capital, Good Energies, VenturesWest Capital, Yaletown Venture Partners und ATV. Insgesamt sind damit schon über 110 Mio. $ zusammengekommen.

Im September 2009 steht das Unternehmen kurz davor, eine 50 MW Produktionslinie an seinem gegenwärtigen Hauptsitz in Sunnyvale (Silicon Valley) in Betrieb zu nehmen, deren Jahreskapazität bis Ende 2010 auf 200 MW ausgebaut werden soll. Dann sollen die CaliSolar-Zellen unter 1 $/W kosten. Die Zellen aus der Pilotlinie erreichen im Durchschnitt 15,4 % Wirkungsgrad – im Labor sind allerdings schon Zellen aus 100 % UMG Silizium gemacht worden, die auf 16 % kommen. Calisolar hat im vergangenen Jahr an PV-Paneele-Hersteller Tausende von Solarzellen zur Evaluierung ausgeliefert. Inzwischen ist aber ein signifikantes Problem aufgetreten: Der Preis für pures Silizium ist auf rund 70 $/kg gefallen, nachdem er im Vorjahr bis zu einer Spitze von 500 $/kg geklettert war.

Anfang 2010 beginnt Calisolar mit der kommerziellen Auslieferung seiner UMG-Zellen. Im Februar übernimmt das Unternehmen den kanadischen, in Missuaga (Ontario) beheimateten, Silizium-Zulieferer 6N Silicon Inc. mittels einer Aktien-Transaktion zwischen den beiden in Privatbesitz befindlichen Unternehmen, wobei ihre Investoren das Finanzierungspolster um weitere 22,5 Mio. $ erhöhen. 6N hatte im März 2008 eine Finanzierung in Höhe 20 Mio. $ von Good Energies, Yaletown Venture Partners und Ventures West bekommen, um an seinem Fertigungsprozeß weiterzuarbeiten, mit dem low-grade Silizium veredelt werden kann. 6N macht Silizium, das mit Schrott aus der chipverarbeitenden Industrie kombiniert werden kann, um Solarzellen-taugliches kristallines Silizium herzustellen. Anders als Chip-Silizium – dessen Reinheit in Teilchen pro Billion gemessen wird – wird bei dem 6N-Material von einer Reinheit pro Million ausgegangen (was auch die ‚sechs Neunen’ im Namen des Unternehmens implizieren sollen).

Mit den neuen Mitteln will Calisolar nun die Kapazität der Fertigung in Sunnyvale erhöhen und die Silizium-Reinigungsoperationen in der 6N-Anlage in Vaughan, Ontario, erweitern. Im Oktober unterzeichnet das Unternehmen mit seinem Hauptkunden Suntech Power Holdings Co. eine Absichtserklärung, um in Ontario eine Silizium-Produktionsstätte zu bauen. Suntech soll die Finanzierung des Ausbaus unterstützen und das Silizium aus der geplanten Anlage kaufen. Das Projekt wird später nicht weiter verfolgt.

Im Juni 2011 bekommt Calisolar vom Bundesstaat Mississippi 75,25 Mio. $ zugesagt, um in Columbus für rund 600 Mio. $ eine neue Fabrik zu errichten, in der jährlich bis zu 16.000 t Silizium hergestellt werden sollen. Das Paket beinhaltet ein 59,5 Mio. $ Darlehen für Ausrüstungs- und Bauinvestitionen, einen 11,25 Mio. $ Zuschuß für Infrastrukturmaßnahmen sowie einen 4,5 Mio. $ Zuschuß für die Ausbildung von Arbeitskräften. Eine bereits zugesagte föderale Bürgschaft des DOE in Höhe von 275 Mio. $, um in Ohio eine ähnlich große Fabrik zu errichten, kommt dagegen nicht zustande. Calisolars Website zufolge sind bis dato 60MW Solarpaneele mit der firmeneignen Zellen installiert worden. Die 250 W Module werden vom TÜV Rheinland zertifiziert, das ihnen einen Wirkungsgrad von mehr als 16 % bescheinigt. Die Fabrik in Sunnyvale hat inzwischen eine Fertigungskapazität von 75 MW/Jahr.

Im September 2011 beschließt Calisolar, seine Solarzellen-Produktion zu verringern und sich als Silizium-Hersteller neu auszurichten, was mit der Schließung der Fabrik in Kalifornien und der Entlassung von 78 Mitarbeitern verbunden ist. Im Laufe des Jahres war der Preis für Reinst-Silizium von 79 $/kg im März auf 29 $/kg im Dezember gefallen.

Im März 2012 ändert die Calisolar ihren Namen in Silicor Materials Inc. – was die neue Vision des Unternehmens als ein Weltklasse-Produzent von Solarsilizium als Nebenprodukt der Aluminiumindustrie spiegeln soll. Außerdem wird der Hauptsitz nach Redwood City, Kalifornien, verlegt – sowie Absichtserklärungen mit der Suntech Power Holdings Co. Ltd. und dem Lowndes County Board of Supervisors unterzeichnet, um die Errichtung der neuen Produktionsstätte in Lowndes County, Mississippi, zu sichern. Im Oktober fließen weitere 4 Mio. $ Investitionsmittel in die Kasse. Marktbeobachtern zufolge hat die Firma inzwischen schon mehr als 245 Mio. $ ‚verbrannt’ ... während der Preis für Reinst-Silizium bereits auf rund 20 $/kg gefallen ist.

Der jüngsten Meldung vom Januar 2013 zufolge hält Silicor weiter an dem Mississippi-Projekt fest. Angeboten wird inzwischen Polysilizium, aus dem Wafer für Solarzellen mit einer Effizienz über 16,5 % hergestellt werden können. Laborzellen erreichen sogar 18 %. Im Laufe des Vorjahres hat das Unternehmen Silizium zur Herstellung von mehr als 15 Mio. Solarzellen verkauft.

Ein weiteres Startup-Unternehmen, das sich mit der Entwicklung von Low-Cost-Solarzellen aus aufgewertetem metallurgischem Silizium beschäftigt, ist die im April 2004 von Jeffrey A. Barnett gegründete  Blue Square Energy (BSE) aus North East, Maryland, die im Oktober eine Produktionsstätte anmietet, um Solarzellen aus recycelten Silizium-Wafern herzustellen. Die Fabrikationslinie soll eine (unbestätigte) Jahreskapazität von mehr als 20 MW besitzen, während der Kern des BSE-Teams ehemaliges technisches Personal der Firma AstroPower umfaßt. Finanziert wird das Ganze während der ersten beiden Jahre mit 5 Mio. $ (andere Quellen: 6 Mio. $) - und zwar in erster Linie von Jeffreys Vater Prof. Allen Barnett. Später kommt durch zwei Finanzierungsrunden weiteres Wagniskapital herein, dessen Umfang jedoch nicht mitgeteilt wird.

Bereits im April 2005 erhält BSE eine Bestellung in Höhe von 13 Mio. $ (der Kunde wird nicht genannt, soll aber in China beheimatet sein) und beginnt im Mai mit der Verschiffung der ersten Solarzellen. Im November wird das Unternehmen Partner in einem von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) mit knapp 53 Mio. $ geförderten und durch die University of Delaware (in Person von Prof. Allen Barnett und Prof. Christiana Honsberg) geleiteten Konsortiums aus 15 Universitäten, Unternehmen und Laboratorien, dem das Ziel gesetzt wird, die Effizienz der terrestrischen Solarzellen in den nächsten 50 Monaten zu verdoppeln (Very High Efficiency Solar Cells Program, VHESC). Neben der BSE nehmen daran die Unternehmen DuPont, BP Solar, Corning Inc. und LightSpin Technologies teil. Außerdem erhält BSE ungefähr 3 Mio. $ aus der Solar America Initiative des DOE.

Im März 2006 gibt das Unternehmen bekannt, daß sie nun Labor-Zellen in den Maßen 20 x 30 cm mit einem Wirkungsgrad von 12,3 % herstellen kann – und Anfang 2007 sollen es bereits 14 % sein. Zu diesem Zeitpunkt produziert BSE monatlich bis zu 15.000 Stück 300 mm (12 “) und 6.000 Stück 200 mm (8 “) Solarzellen aus recycelten kreisförmigen Wafern. Als jährliche Produktionskapazität werden nun 2 MW genannt. Die Gewinne fließen in die Entwicklung einer patentierten Technologie namens ‚Bright Point’, bei der als Substrat verunreinigtes metallurgisches Silizium anstelle von Hochqualitäts-Solarsilizium genutzt wird. Bei einem durch BSE entwickelten Prozeß wird auf dem preisgünstigen UMG-Substrat mit einer Reinheit von 99,99 % (4N, four nines) eine zweite Schicht aus 10 µm Reinst-Silizium abgeschieden, wobei die Substratschicht und die aktive Siliziumschicht miteinander interagieren und damit höhere Wirkungsgrade erreichen. Die vom NREL bestätigte Effizienz der Produktzellen der 1. Generation beträgt 10,9 %, Die Firma arbeitet nun an den Anlagen und Fertigungsprozessen, um noch in diesem Jahr mit der Serienproduktion beginnen zu können. Die gegenwärtigen Ziele sind recht hoch gesteckt: Bereits Mitte 2008 soll ein Wirkungsgrad von 13 % bis 14 % und Ende des Jahres eine Jahresproduktivität von 200 MW erreicht werden, wobei die Solarzellen der 2. Generation einen Wirkungsgrad zwischen 20 % und 24 % erreichen sollen – und dies bei einem Preis von 1 $/W. Eine geplante 3. Generation der Bright Point Solarzellen soll dann sogar 25 % bis 32 % erreichen, ohne daß BSE sich darüber äußerst, wie dies zustande kommen soll.

Im Oktober 2007 präsentiert sich Blue Square Energy auf der Dow Jones Alternativenergie-Konferenz in Redwood City (VentureWire Alternative Energy Innovations 2007 conference) um weiteres Investitionskapital einzuwerben, und im November bekommt BSE die Ausrüstung für eine 5,5 MW Prototypenfertigungslinie geliefert (andere Quellen: 1 MW), um die Skalierbarkeit des firmeneigenen Produktionsprozesses für die Bright Point Solarzelle nachzuweisen. Auch hier wieder große Pläne: Im Laufe des Jahres 2008 Steigerung der Kapazität auf 39 MW, zusätzlich 113 MW im Jahr 2009, und als vorläufiges Endziel 200 MW um 2010. Zeitgleich wird das Silizium-Wafer-Recycling herunterfahren, da die Verfügbarkeit von Wafern des wichtigsten Lieferanten Intel Corp. nicht mehr gewährleistet ist.

Einer Meldung vom Juli 2008 zufolge schafft es die BSE nicht, in einer weiteren Finanzierungsrunde die dringend benötigten 25 – 30 Mio. $ zu bekommen, um die ersten Bright Point-Produkte bis Ende 2009 auf den Markt zu bekommen. Grund dafür sollen Managementfehler seitens Jeff Barnett sowie unbeantwortete Fragen in Zusammenhang mit Allen Barnett und dem Konkurs des in Delaware angesiedelten Zellen- und Modulherstellers AstroPower Inc. Anfang 2004 sein. Es gibt daraufhin erste Entlassungen und Jeff und sein Vater, der als Berater für das Unternehmen tätig war, werden gebeten, ihren Rücktritt einzureichen. Das NREL bestätigt den Bright Point-Zellen inzwischen einen Wirkungsgrad von 14,6 %, während BSE damit wirbt, daß seine Solarmodule 30 % weniger kosten als herkömmliche Silizium-Alternativen.

Bis Januar 2009 ist das Unternehmen von einem Höchststand von 75 Mitarbeitern auf nur 5 geschrumpft. Die letzte Meldung stammt vom Juli 2009 und besagt, daß BSE in einem ‚Überlebensplan’ beschlossen hat, zukünftig als Systemintegrator tätig zu werden. Dabei will man kleine Solaranlagen und energieeffiziente Beleuchtungssysteme für private und gewerbliche Kunden entwickeln und verkaufen. Tatsächlich ist danach von dem Unternehmen nicht mehr zu finden.

Mit der Entwicklung und Produktion von UMG-Silizium befaßt sich auch die alteingesessene, aber trotzdem kaum bekannte kanadische Firma Timminco Ltd. in Bécancour, ein Spezialist für Spezial- und Leichtmetalle, der 2008 entsprechende Lieferverträge mit der Calisolar (s.o.) und der in Deutschland ansässigen Hanwha Q-Cells unterzeichnet. Timminco stellt durch eine ‚Quebec Silicon LP’ genannte Produktionspartnerschaft zwischen der kanadischen Bécancour Silicon Inc. (BSI), einer Tochter der Timminco, und der Chemiefirma Dow Corning, Silizium für die chemische, Aluminium-, Elektronik- und Solarindustrie her. Ein Geschäftsbereich von Bécancour, die Timminco Solar, produziert über eine spezielle Technologie zur Reinigung von Silizium auch Solarsilizium für die Solar-Photovoltaik-Industrie. Im Vorjahr hatte Timminco bekanntgegeben, daß man ein einzigartiges und kostengünstiges Verfahren zur Produktion von hochreinem Silizium für den Einsatz in der Solarindustrie habe. Die Solarbranche boomt zu dieser Zeit, und die Timminco-Aktie dreht durch, um auf ihrem Höhepunkt 35,69 $ zu erreichen, was dem Unternehmen eine Marktkapitalisierung von mehr als 3,5 Mrd. $ ermöglicht. Trotzdem hat es gegen verbissene Zweifler anzukämpfen, die nicht glauben wollen, daß Timminco diesen Prozeß erfolgreich entwickeln kann, wenn deutlich größere Wettbewerber daran gescheitert sind.

Letztlich kann Timminco nicht beweisen, daß seine Technologie im großen Maßstab funktioniert. Statt wie geplant 14.400 Tonnen pro Jahr zu produzieren wird nur ein winziger Bruchteil davon hergestellt. Dazu gibt es Kundenbeschwerden bezüglich der Qualität des Produkts. Im Zuge der Rezession 2008 und 2009 und dem teilweisen Zusammenbruch der Solarbranche bricht auch Nachfrage nach Timmincos Solarsilizium ein. Anfang 2009 wird die Produktion gekürzt, um im Jahr 2010 komplett eingestellt zu werden. Die Aktie stürzt in den Cent-Bereich ab und die Insolvenz ist unausweichlich. Im September 2010 hat das Unternehmen nur noch 2,8 Mio. $ auf dem Konto.

Es ist nicht nötig, mühevoll weitere Details herauszufinden, denn Timminco reicht im Januar 2012 Gläubigerschutz ein. Die Investoren reichen eine 540 Mio. $ Sammelklage gegen Timminco ein und hoffen, daß eine Umstrukturierung etwas Licht in die umstrittene Technologie bringt. Im April gibt es ein Gebot der QSI Partners Ltd., einer Tochtergesellschaft von Globe Specialty Metals Inc., für einen Kaufpreis von ca. 31,9 Mio. $ das gesamte Silizium-Metall Geschäft und die Vermögenswerte der Bécancour Silicon, einschließlich von 51 % der Anteile an Quebec Silicon, zu übernehmen. Für das Solarsilizium-Geschäft und die Vermögenswerte der Timminco Solar bietet die Grupo Ferroatlántica SA ca. 2,7 Mio. $. Ein drittes, unbeziffertes Gebot liegt von der Wacker Chemie AG vor. Zum Zeitpunkt dieses Updates war es die letzte Meldung über das Unternehmen.

Viel Presse bekommt Mitte 2009 Jan-Philipp Mai, zu diesem Zeitpunkt Student der TU Braunschweig, der seit 2001 an einem Mikrowellen-Verfahren arbeitet, mit dem Silizium kostengünstig und energieeffizient erzeugt werden kann. Wohlgemerkt: Damals war er gerade erst 15 Jahre alt! Bei der innovativen Methode, deren Patent Mai im Jahr 2007 anmeldet, entsteht das Silizium in einem Reaktionsraum aus den Ausgangsmaterialien Quarzsand und Holzkohle oder Koks, indem gebündelte elektromagnetische Wellen ihre Energie in die Rohstoffe leiten. Dabei treten chemische Reaktionen auf und die Siliziumatome bilden ein Kristallgitter, wodurch das Silizium Strom leiten kann, was bisher nur mit gereinigtem Silizium möglich war. In dem neuen Verfahren werden Unreinheiten nicht entfernt, sondern so verändert, daß sie ihren negativen Einfluß auf die Leitfähigkeit des Siliziums und damit auch auf den Wirkungsgrad der Solarzellen verlieren.

Durch die direkte und rasche Erwärmung der Ausgangsstoffe sinkt die notwendige Reaktionstemperatur um rund 400°C (von den sonst erforderlichen 2.000 - 2.200°C) und Wärmeverluste können minimiert werden. Gleichzeitig steigt die Reinheit des so gewonnenen UMG-Siliziums, das anschließend mit wesentlich geringerem Aufwand zu Solar-Silizium aufbereitet werden kann. Das neue Herstellungsverfahren für schmutziges Silizium spart mindestens 30 % der Energie, die bisherige Verfahren benötigen. Eine Kostenersparnis von 50 % wird für möglich gehalten.

Mai gewinnt mit seiner Innovation nun den Ideenpreis 2009 der Projekt Region Braunschweig sowie den Clean Tech Media Award 2009 in der Kategorie Nachwuchswissenschaftler. Nun soll sein Versuchsaufbau im Folgejahr mit Industriepartnern (Solvis?) zu einer Pilotanlage ausgebaut werden, um auch Aussagen über die Wirtschaftlichkeit des Prozesses machen zu können. Bislang wurde Mai bei der Entwicklung seines Verfahrens von dem Peiner Mikrowellen-Hersteller Fricke und Mallah unterstützt. Die Finanzierung des Forschungsprojekts in Höhe von 50.000 € erfolgte über die Familie und Freunde – alleine die weltweiten Patente kosteten etwa 30.000 €.

Es dauert nicht lange, bis der selbstbewußte Mai zusammen mit Timon Kabelac und einem jungen Team im Jahr 2010 eine eigene Firma mit den Namen JPM Silicon GmbH mit Sitz in Braunschweig gründet, um seiner speziell für den Einsatz in der Gewinnung von Solar- und UMG-Silizium ausgelegten Technologie zu kommerziellem Erfolg zu verhelfen. In enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Thermodynamik der Technischen Universität Braunschweig wird die Technologie kontinuierlich vorangetrieben, und 2012 zieht die junge Firma in einen nahe gelegenen Technologiepark um. Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt stellt in den folgenden anderthalb Jahren 135.000 € als Anschubfinanzierung zur Verfügung. Mit weiteren 150.000 € beteiligt sich die Braunschweigsche Landessparkasse, und jeweils 400.000 € erhält die JPM als stille Beteiligung von der Mittelständischen Beteiligungsgesellschaft Niedersachsen (MBG), der KfW und der Kapitalbeteiligungsgesellschaft Niedersachsen (NKB). Noch in diesem Jahr soll die Pilotproduktion für das neue Mikrowellenverfahren starten, mit dem UMG-Silizium für die Solarbranche erstmals wirtschaftlich nutzbar werden könnte.

Auf dem Forschungssektor ist eine Veröffentlichung der University of Michigan vom September 2012 zu erwähnen (High Efficiency Thin Upgraded Metallurgical-Grade Silicon Solar Cells on Flexible Substrates), in welcher ein Team um Jae Young Kwon eine Dünnschicht-Solarzelle (< 20 μm) vorstellt, die auf aufgewertetem metallurgischem polykristallinen Silizium basiert und Silber-Nanopartikel an der Spitze von Silizium-Nanosäulen nutzt, um die Lichtabsorption zu verbessern und die Zelleffizienz auf mehr als 8 % zu erhöhen. Darüber hinaus sind die Solarzellen flexibel und halbtransparent.

Als Hersteller von UMG-Silizium sind noch zu nennen:

Die Dow Corning Corp., die ihre UMG-Produktion als Folge der verminderten Nachfrage im Jahr 2009 stoppt. Die Pilotlinie wird in Betrieb gehalten, da ein Neustart der Produktion und sogar Kapazitätssteigerungen in Betracht gezogen werden – falls wieder Kundennachfrage besteht.

Die norwegische Firma Elkem Solar, die zur Produktion energiesparende Segregationsprozesse einsetzt, bei denen das Rohsilizium physikalisch so gesäubert wird, daß es inzwischen eine Reinheit in der Größenordnung von 99,9999 % (4N) erreicht. 2010 hat das Unternehmen eine jährliche Produktionskapazität von 6.000 t und verkauft das Kilo für 25 $.

Epitaxiales Silizium (epi-Si)

Epitaxie ist eine Form des Kristallwachstums, welche beim Aufwachsen von Kristallen auf kristallinen Substraten auftreten kann. Man spricht von Epitaxie, wenn mindestens eine kristallographische Orientierung der wachsenden Kristalle einer Orientierung des kristallinen Substrates entspricht. Epitaxial-Solarzellen sind daher im Grunde Zellen aus sehr dünnem monokristallinem Silizium (< 20 µm), die allerdings das Potential für höhere Wirkungsgrade haben und auch die amorphe Siliziumschicht ersetzen könnten. Epitaktische Silizium-Solarzellen werden auch als Wafer-Äquivalent (wafer-equivalent, EpiWE) bezeichnet. Bei der Herstellung von LEDs werden ebenfalls epitaxiale Schichten eingesetzt.

Als eines der ersten Unternehmen arbeitet die im Jahr 2007 gegründete Ampulse Corp. aus Golden, Colorado, an der Entwicklung einer neuen Dünnschicht-Technologie, die auf monokristallinem Silizium (in der Gasphase, d.h. auf Silan) basiert. Ampulse entwickelt eine Technik mit abstimmbarer Silizium-Dicke, wobei sie besonders texturierte und dünne Metallfolien aus Nickel-Wolfram als Substrate nutzt, die am Oak Ridge National Laboratory (ORNL) für Hochtemperatur-supraleitende Bänder verwendet werden. Die preisgekrönte und patentierte Substrat-Technologie des ORNL wird RABiTS genannt (rolling-assisted biaxially textured substrates). Daneben entwickelt das ORNL für Ampulse die zwei Oxid-Pufferschichten, welche die Textur der Folie möglichst effektiv auf die Siliziumschicht übertragen, um Silizium-Kristalle zu bilden und auszurichten.

Im Rahmen einer ähnlichen Vereinbarung mit dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) nutzt Ampulse außerdem die dort erzielten Durchbrüche bei einer ebenfalls patentierten Tieftemperatur-Abscheidetechnologie (Hot-Wire Chemical Vapor Deposition, HW-CVD) für dünnste Schichten aus epitaktischem Silizium. Diese 10 Mikron oder weniger messende Schicht kommt über die Pufferschichten, wobei die dreilagige Beschichtung dünner als ein menschliches Haar ist. Ampulse ist ab 2008 Forschungspartner beider Institutionen und erwirbt Lizenzen für beide Technologien.

Die Epitaxie-Schichten, bei Ampulse sind es monokristalline Siliziumschichten auf einem monokristallinen Siliziumsubstrat, sind auch weitaus reiner als übliche Czochralski-Siliziumsubstrate (s.o.). Der patentierte Ansatz des Unternehmens ist damit eine echte Ehe zwischen den Effizienz-Eigenschaften von monokristallinem Silizium und den Low-Cost-Herstellungsverfahren der Dünnschicht-Technologie und soll (als Zielvorgabe) einen Zellenwirkungsgrad von 15 % erreichen. Die Startfinanzierung von über 1 Mio. $ erhält Ampulse von Battelle Ventures und Innovation Valley Partners, und vom DOE gibt es 400.000 $ (andere Quellen: 900.000 $) aus dem Technology Commercialization and Deployment funds des Office of Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE).

Im November 2009 meldet Ampulse, daß man in einer ersten Finanzierungsrunde A Investitionsmittel in Höhe von 8 Mio. $ eingenommen habe – von den bisherigen Investoren Battelle Ventures und Innovation Valley Partners, sowie den neu dazu gekommenen Globespan Capital Partners und El Dorado Ventures. Danach bleibt es erst einmal ruhig, bis im Februar 2011 zwei Teams des ORNL von dem Federal Laboratory Consortium Auszeichnungen für herausragende Leistungen beim Technologietransfer gewinnen. Da eines der Teams die RABiTS-Technologie entwickelt und an Ampulse lizenziert hat, taucht auch der Namen des Unternehmens wieder in der Öffentlichkeit auf.

Im März bestellt Ampulse bei der Firma Roth & Rau MicroSystem GmbH (s.u. Cadmium-Tellurid) ein Anlagensystem zur Entwicklung von Solarzellen-Prozessen. Im Rahmen einer 0,5 Mio. $ schweren gemeinsamen F&E-Vereinbarung soll das AK 1000 Inline System im NREL installiert und von Ampulse für die Entwicklung der nächsten Generation von Dünnschichttechnologien auf Basis kristallinen Siliziums eingesetzt werden. Das Anlagensystem besteht aus einer Reihe modular aufgebauter Prozeß-Kammern, die in beliebiger Anzahl und Reihenfolge kombiniert werden können, um flexible Inline-Verarbeitung-Systeme zu bilden. Es bietet Platz für große Substrate mit bis zu 480 mm Breite, oder für Chargen von Wafern, und kann mit einer Vielzahl von Quellen konfiguriert werden, wie Plasmastrahl, Ionenstrahl, Sputtermagnetron und/oder Hot-Wire CVD. Auf den AK Inline-Systemen entwickelte Prozesse können daher recht einfach bis zu High-Volume-Produktionsplattformen aufskaliert werden.

Ein Jahr später, im März 2012, werkelt Ampulse noch immer an der Pilotlinie im NREL herum – und obwohl die Firma noch immer im Start-Up-Modus ist, macht sie auf ihrer Homepage schon kräftig Werbung für ihre neuen Zellen, die ja nach Schichtdicke Wirkungsgraden zwischen 12 % und 18,5 % erreichen sollen. Bei kommerzieller Produktion habe die Ampulse-Technologie das Potential, die Modulkosten auf weniger als 0,50 $/W zu reduzieren – bei Moduleffizienzen von 15 %. Die letzte Meldung stammt vom Dezember 2012 und besagt, daß Ampulse seine Tätigkeit beendet. Seitdem habe ich nichts mehr darüber gehört...

An der Entwicklung epitaxialer Silizium-Solarzellen arbeitet auch das Interuniversity Microelectronics Center (IMEC), ein unabhängiges Forschungszentrum für Nanoelektronik und Nanotechnologie im belgischen Leuven, das über Niederlassungen in den Niederlanden, Taiwan, den USA, China und Japan verfügt. Im Juni 2009 startet das IMEC eine 3-jährige Forschungs-Partnerschaft mit SCHOTT Solar, bei der neben Wafer-basierten Silizium-Solarzellen auch Epitaxie-Zellen auf einem Low-Cost-Silizium-Träger untersucht und weiterentwickelt werden sollen. Man erwartet, daß Solarzellen aus epitaxialem Silizium eine Art Zwischenschritt bilden, bevor die Masse der Hersteller von Bulk-Silizium-Solarzellen endgültig zu Dünnschicht-Solarzellen wechseln. Die Produktionsprozesse ähneln im allgemeinen den Bulk-Prozessen, und die epi-Prozesse können mit begrenzten Ausrüstungsinvestitionen umgesetzt werden.

Auf der 24. European Photovoltaic Solar Energy Conference (EU PVSEC) 2009 im September in Hamburg präsentiert das involvierte IMEC-Team um Joachim John eine großflächige (70 cm²) epitaxiale Solarzelle mit 18,4 % Wirkungsgrad und Kontakten aus Kupfer statt Silber. Daran scheint man mindestens schon seit 2008 zu arbeiten, denn in einer Präsentation aus jenem Jahr wird bereits von einer erreichten Effizienz von 14,9 % gesprochen.

Den Wirkungsgrad von 2009 konnte ich allerdings nicht verifizieren – und er widerspricht auch der offiziellen Pressemeldung des IMEC vom Juli 2010, als das Forschungsinstitut zwei epitaxiale Solarzellen mit einer Dicke von 20 μm präsentiert: Auf großflächigen Substraten geringer Qualität werden bis zu 14,7 % erreicht, während auf hochwertigen und hochdotierten Untergründen Wirkungsgrade bis zu 16,3 % realisiert werden. Die Züchtung des hinteren Oberflächenfeldes (p + back surface field, BSF), der p-Typ Basis und dem vorderseitigen n-Typ Emitter erfolgt durch chemische Dampfabscheidung. Das Licht-einfangende System besteht aus einer Texturierung der Vorderfläche in Kombination mit einem patentierten inneren Bragg-Reflektor aus porösem Silizium, der an der Grenzfläche zwischen Substrat und epitaktischer Schicht positioniert ist. Die Zellen auf dem hochwertigen Substrat sind mit einer Kupferplattierung kontaktiert, während die Metallisierung der Zellen auf Substraten mit niedriger Qualität durch Siebdruck erfolgt – als letzter Schritt nach der Bildung des diffundierten Vorderflächenfeldes (diffused front surface field, FSF) und der Antireflexbeschichtung aus einer Siliziumnitridschicht. Auf diese Weise sind die epitaktisch gewachsenen Substrate vollständig kompatibel mit industriellen Standard-Verarbeitungsprozessen.

Ziel des IMEC sind 40 µm dicke Zellen mit Wirkungsgraden über 20 %, weshalb man im April dieses Jahres eine dreijährige Forschungskooperation mit der Firma Dow Corning eingeht.

Auf der wiederum im September stattfinden 25. EU PVSEC 2010 in Valencia, Spanien, präsentiert das IMEC bereits zwei verschiedene großflächige (148 cm²) Silizium-Solarzellen mit 170 μm Dicke, die Wirkungsgrade über 19 % erreichen: Zellen mit Siebdruck-Kontakten aus Silber kommen auf bis zu 19,1 %, Zellen mit vernickelten Kupfer-Kontakten auf 19,4 %.

Im November 2011 berichtet das IMEC auf der 21. International Photovoltaic Science and Engineering Conference in Fukuoka, Japan, über die Ergebnisse der Zusammenarbeit mit der Firma Kaneka Corp. bei der Entwicklung Silber-freier Mehrschichtzellen aus Silizium (s.d.). Allerdings wird zu diesem Zeitpunkt nichts mehr über epitaxiale Solarzellen gemeldet. Und im März 2012 stellt das IMEC Solarzellen aus kristallinem Silizium vor, deren periodische photonische Nanostrukturen mit einer Nano-Präge-Lithographie (nano-imprint lithography) gefertigt sind (s.d.).

Im jährlichen Bericht, diesmal auf der 27. EU PVSEC 2012 im September in Frankfurt, wird ein Zellen/Module-Integrationskonzept dargestellt, das mit epitaxialen Silizium-Dünnschichtfolien kompatibel ist und Wirkungsgrade über 18 % erreicht. Hierbei wird die dünne Si-Basisschicht direkt aus der Gasphase gezüchtet (also unter Umgehung der Kristallisation und dem Wafering), wobei die Vorderseiten-Verfahren auf den epitaktischen Folien ausgeführt werden, während diese durch einen Si-Träger abgestützt sind. Die rückseitige Zellenverarbeitung wird auf epi-Folien vorgenommen, die bereits mit dem Modulglas verbunden sind. Auf diese Weise wird die sonst sehr zerbrechliche, 50 μm dünne Basisschicht bei der Verarbeitung immer durch eine starke mechanische Unterstützung stabilisiert. Darüber hinaus ermöglicht dieses Zellenverarbeitungssystem auf Modul-Ebene das Kombinieren der Zellen- und Module-Metallisierung, was die Anzahl der Verfahrensschritte und damit die Gesamtkosten verringert.

Metallurgisches Silizium (mg-Si)

Mehr als 80 % aller Solarzellen bestehen aus Silizium. Die Grundlage dafür ist metallurgisches Silizium (metallurgical-grade silicon, MG-Si), das in elektrischen Lichtbogenöfen bei 2.200°C hergestellt wird. Meistens geschieht das mit dem Siemens-Verfahren, das in den 1950er Jahren von Siemens entwickelt wurde. Dabei werden Quarzkies und Kohle erhitzt und reagieren zu Kohlendioxid und Silizium. Während der Herstellung sammelt sich flüssiges Silizium am Boden des Ofens, das, entwässert und abgekühlt, metallurgisches Silizium heißt und einen Reinheitsgrad von mindestens 98 % hat.

Für den Einsatz in der Mikroelektronik und als Solar-Silizium für mono- und multikristalline Zellen wird das metallurgische Silizium dann bis zu einem Reinheitsgrad von bis zu 99,999999999 % veredelt (elf Neunen), was allerdings sehr aufwendig und energieintensiv ist. Eine günstige Alternative ist die direkte Reinigung des mg-Siliziums. Das dadurch gewonnene (minderwertige) UMG-Silizium ist „nur“ zu 99,999 % rein, und lange Zeit ging man davon aus, daß es sich für Solarzellen nicht einsetzen ließe.

Ein Beispiel für die frühe Nutzung von metallurgischem Silizium geringer Reinheit ist die Spheral Solar Cell, deren Entwicklung bereits 1985 beginnt (s.d.). Richtige Bedeutung bekommt das Material allerdings erst mit den Engpässen bei hochwertigem Silizium vor einigen Jahren.

Im Jahr 2006 gibt die Dow Corning Corp. die Entwicklung eines Materials namens PV 1101 SoG Silicon bekannt, der erste kommerziell verfügbare und in großem Maßstab erzeugte metallurgische Rohstoff. Er soll kein Ersatz für herkömmliches Silizium sein, sei aber – mit Polysilizium vermischt – auch für PV-Zellen geeignet.

Ebenfalls 2006 beschließt die Firma Q-Cells die Errichtung eines neuen Werkes in Malaysia, dessen Produktionskapazität in der ersten Ausbaustufe bei mehr als 300 MW liegen soll. Hier soll ausschließlich nicht-gemischtes metallurgisches Silizium verwendet werden, für dessen Zulieferung Q-Cells einen Vertrag mit Bécancour Silicon unterzeichnet, einem Geschäftsbereich von Timminco. Q-Cells 20 MW Produktionsstätte in Thalheim, Deutschland, wo ebenfalls metallurgisches Silizium Verwendung findet, soll auf 80 MW ausgebaut werden.

Timminco selbst behauptet, ein kostengünstiges High-Volume-Verfahren entwickelt zu haben, um Solarzellen-Silizium direkt aus metallurgischem Silizium herzustellen. Dabei arbeitet das Verfahren mit 5- bis 10-Tonnen-Chargen aus geschmolzenem Silizium. In Reaktion auf die Skepsis der Branche, wird das Unternehmen Photon Consulting damit beauftragt, einen Bericht über den metallurgischen Silizium-Produktionsprozeß zu verfassen. Aus diesem geht hervor, daß das Verfahren das Potential für starkes Wachstum und möglicherweise für die Neugestaltung der Silizium-Industrie habe. Einige Kunden, die das Material bereits verarbeiten, melden Zellen-Wirkungsgrade von über 14 %. Timminco unterzeichnet auch Lieferverträge mit Canadian Solar und Solar Power Industries. Canadian Solar beispielsweise hat eine Solarzellen-Fertigungslinie bereits so verändert, daß diese nun ausschließlich mit UMG-Silizium betrieben werden kann. Ab 2008 sollen dort pro Jahr 30 – 40 MW Low-Cost-PV-Module hergestellt werden.

Auch andere Unternehmen arbeiten an Prozessen, um metallurgisches Silizium in großen Massen so umzuwandeln, daß es sich für die solare Nutzung eignet.

Eine dieser Firmen ist 6N Silicon Inc. in Missuaga, Ontario. Good Energies, Ventures West und Yaletown Venture Partners finanzieren das Unternehmen mit mehr als 26 Mio. $, um eine Reinigungstechnologie für Solarsilizium zu entwickeln. Anfang 2010 übernimmt Calisolar das Unternehmen (s.u. aufgewertetes metallurgisches Silizium).

Die 2003 gegründete JFE Steel Corp. in Tokio wiederum liefert Polysilizium, das durch einen metallurgischen Prozeß hergestellt wird, bei dem die Verunreinigungen im Silizium zuerst mit einem Elektronenstrahl in einem Vakuum, und danach mit einem Plasmabrenner in einer Argon-Atmosphäre entfernt werden. Anschließend wird die Schmelze in einem kontinuierlichen Prozeß, ähnlich der Stahlerzeugung, raffiniert und gekühlt. Das Produkt erreicht nur ‚sechs Neunen’, d.h. eine Reinheit von 99,9999 %, was für neuere Solarzellen-Generation ausreichend ist.

Ein Entwicklungsprojekt, das teilweise durch die Organisation Sustainable Development Technology Canada (SDTC) finanziert wird, führt die kanadische Firma ARISE Technology Corp. durch. Dabei geht es um einen neuen Ansatz für die Raffination von hochreinem Silizium unter Anwendungen einer vereinfachten chemischen Gasphasenabscheidung. Das Unternehmen geht davon aus, damit 7N-Silizium herzustellen zu können, also mit einer Reinheit von 99,99999 %. Damit sollen Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von mehr als 20 % herstellbar sein.

Auch der Solarwafer-Produzent LDK Solar Hi-Tech Co., der 2006 seine Produktion aufgenommen hat, arbeitet an metallurgischem Silizium sowie dem Aufbau eines eigenen Polysilizium-Werkes in China.

Die Ende 2009 mit Kapital von Capricom Investments und dem China Environment Fund III in Sunnyvale, Kalifornien, gegründete Firma Sunpreme eröffnet im Mai 2010 ihr Forschungs- und Entwicklungscenter, das sich mit der firmeneigenen, patentierten SmartSilicon-Technologie beschäftigt, bei der mg-Si direkt aus Quarzsand und Petrolkoks hergestellt wird. Die daraus produzierten Solarzellen kombinieren das Beste der Dünnschicht-Technologie und der Technologie von kristallinem Silizium, wobei sie die Effizienz multikristalliner Zellen erreichen, bei der Herstellung aber 80 % weniger Energie benötigen und auch deutlich weniger Schadstoffe emittieren. Um das mg-Si zu aktivieren, wird eine innovative, kostengünstige und hocheffiziente Struktur geschaffen, indem über den mg-Si ein Stapel ultra-dünner Siliziumschichten gelegt wird. Das Resultat soll nur ein Zehntel dessen kosten, was die herkömmliche Dünnschicht-Solartechnik an Kosten verursacht.

Im April 2011 erfolgt der erste Spatenstich für eine 30 MW Fabrik in Jiaxing, China, und im Juli führt die International Finance Corp., ein Mitglied der Weltbank, zusammen mit Capricom und dem China Environment Fund eine zweite Finanzierungsrunde an, bei der Sunpreme 50 Mio. $ einnehmen kann. Doch schon in der zweiten Jahreshälfte beginnt der Preis für Polysicion drastisch zu fallen, und die Bedeutung von metallurgischem Silizium für die Solarzellenherstellung nimmt rapide ab. Im April 2012 wird eine 600 kW Anlage in QingHai in Betrieb genommen, gefolgt im August und November von zwei Installationen auf Krankenhausdächern in Indien und den USA.

Mikrokristallines Silizium (µc-Si)

Diese Form von Silizium ist uns bereits weiter oben bei den Tandem-Zellen begegnet. Sie wird u.a. seit 2002 von Materialwissenschaftler am Institut für Photovoltaik (IPV) des Forschungszentrums Jülich untersucht. Im Vergleich zu amorphem Silizium weist mikrokristallines Silizium eine höhere Elektronen- und Löcherbeweglichkeit auf, hat aber eine ähnliche Bandlücke wie monokristallines und multikristallines Silizium und zeichnet sich durch gute Absorptionseffekte auch im langwelligen Lichtbereich aus.

Die Mikrokristalle – sogenannte Kristallite – aus Silizium sitzen kegelförmig in einer Matrix aus amorphem Silizium. Ihre Keime entstehen in der Anfangsphase des Wachstums, an der Grenze zwischen Matrix und Substrat: Von dort aus wachsen sie durch Zugabe von Silizium aus der Gasphase – ganz ähnlich wie Kandiszucker durch Anlagerung von Zuckermolekülen aus einer übersättigten Zuckerlösung wächst. Um diese Prozesse studieren zu können, werden mit der Plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung Schichten von wenigen Atomlagen Dicke hergestellt. Hierfür werden in einer Vakuumkammer der gasförmige Siliziumwasserstoff Silan sowie Wasserstoff – fast so wie in einer Leuchtstoffröhre – in einen Plasmazustand versetzt, bei dem die Gasmoleküle in Ionen und Elektronen aufgetrennt sind. Das Silanmolekül bricht auf, und Silizium bindet sich gemeinsam mit dem Wasserstoff an das Substrat. Die erzeugten Siliziumschichten sind so dünn, daß die Kristallite bei ihrer Entstehung und während ihres Wachstums nur mit einem Rastertunnelmikroskop oder einem Rasterkraftmikroskop betrachtet werden können.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen hoffen die Wissenschaftler, die Eigenschaften der Siliziumschichten in Dünnschicht-Solarzellen verbessern zu können, denn mikrokristallines Silizium kombiniert die Vorzüge von kristallinem Silizium und amorphem Silizium ohne in der Herstellung so teuer bzw. in der Funktionstüchtigkeit so alterungsanfällig zu sein. Auch eine Leistungssteigerung der Dünnschicht-Solarzellen auf Silizium-Basis wird erwartet. Eine Labor-Solarzelle des IPV aus mikrokristallinem Silizium erreicht 2005 einen Wirkungsgrad von 10 %.

Im Jahr 2009 veröffentlicht Thilo Kilper vom Forschungszentrum Jülich eine sehr ausführliche Studie unter dem Titel ‚Großflächige Plasmaabscheidung von mikrokristallinem Silizium für mikromorphe Dünnschichtmodule’, die vollständig im Netz abrufbar ist.

Mikromorphes Silizium (µa-Si)

Siehe unter Amorphes und mikrokristallines Silizium.

Monokristallines Silizium (c-Si)

Wie schon erwähnt, handelt es sich bei den Silizium-Zellen quasi um die Standard-Solarzellen, nachdem drei US-Wissenschaftler 1954 erkannten, daß sich das Silizium, aus dem fast 28 % der Erdkruste bestehen, als geeignetes Absorptionsmaterial für die Solarzellenherstellung anbietet. Trotzdem konnten sich die teuren, sofern nicht entspiegelt meist schwarzen, monokristallinen Siliziumzellen anfänglich nur in der Raumfahrt durchsetzen. Als theoretisch maximal erreichbarer Wirkungsgrad dieser Art von Silizium-Zellen werden in der Literatur 23 % angegeben.

Leider werden Silizium-Zellen häufig einfach nur als kristalline Zellen bezeichnet, ohne zwischen mono- und polykristallin zu unterscheiden. Falls daher in den nachstehenden Präsentationen Fehler auftauchen, bitte ich um einen entsprechenden Bescheid.

Die Herstellung von einkristallinem Silizium aus dem Ausgangsmaterial Quarz (SiO₂) erfolgt in mehreren Schritten. Durch Reduktion mit Kohle entsteht aus dem Quarz das noch relativ unreine Rohsilizium. Dieses wird dann in flüchtiges SiHCL₃ überführt, aus dem anschließend polykristallines Silizium in Form von Stäben mit einer Länge von etwa 100 cm und 10 cm Durchmesser gewonnen werden, die sich durch eine sehr hohe Reinheit auszeichnen. Zur Überführung des polykristallinen in einkristallines Silizium werden in der Praxis zwei unterschiedliche Verfahren eingesetzt: das aus Kostengründen meist bevorzugte Tiegelzieh-(Czochralski-, Cz-)Verfahren sowie das Zonenzieh-Verfahren, das auch als Float Zone- oder FZ-Verfahren bekannt ist.

Beim Tiegelziehen wird das im Siemensverfahren (s.o.) erhaltene Silizium in einem Quarztiegel unter gezielter Zugabe von Bor oder Phosphor aufgeschmolzen, wobei sich Sauerstoff als Verunreinigung in den Kristall einbaut, was eine Verringerung des Wirkungsgrades um 2 % – 3 % gegenüber dem FZ-Verfahren bedeutet. Ein Impfkristall aus hochreinem monokristallinem Silizium wird in die Schmelze gebracht und unter Drehen langsam aus der Schmelze herausgezogen, wobei hochreines Silizium in monokristalliner Form auf dem Impfkristall auskristallisiert und fast alle sonstigen Verunreinigungen in der Schmelze zurückbleiben. Der entstehende zylindrische Kristall wird Ingot genannt.

Die runden Cz-Stäbe werden dann mittels Drahtsägen o.ä. in Scheiben (Wafer) mit einer Dicke von 100 – 350 µm (Mikrometer) zersägt, die anschließend mittels einer alkalischen Strukturätzung eine pyramidenförmige Oberfläche erhalten, welche der besseren Lichteinkopplung dient. Zur Herstellung des p/n-Übergangs erfolgt eine Phosphor-Diffusion bei etwa 850°C, bei der eine rund 0,7 µm tiefe positiv dotierte Zone entsteht. Abschließend werden für die Herstellung der Kontakte an Front- und Rückseite Silberpaste und ein Siebdruckverfahren angewandt, gefolgt von einem Einbrennvorgang. Aus den einzelnen Zellen wird dann durch Verketten, Laminieren und Rahmen das endgültige Model fabriziert. Aufgrund hoher Materialverluste und relativ aufwendiger Prozesse ist die Produktion entsprechend teuer.

Das Frankfurter Battelle-Institut weist schon 1974 darauf hin, daß die Anwendung der (damals) neuesten Beschichtungs- und Abscheidetechniken der chemischen Industrie für die Herstellung von Halbleiterschichten die Kosten von Solarmodulen um das Hundertfache senken können. Zu dieser Zeit führt die US Energy Research and Development Administration (ERDA), die von 1974 bis 1977 besteht und dann durch das Department of Energy (DOE) ersetzt wird, zusammen mit dem California Institute of Technology in Pasadena und einigen großen Technologie-Firmen ein Spezialforschungsprogramm durch, welches das Ziel hat, die Installationskosten pro kW Leistung auf mindestens 1.000 DM zu senken.

Mitte 1979 wird bekannt, daß es dem Stanford Research Institute (SRI) in Menlo Park, Kalifornien, erstmals gelungen ist, mittels eines neuartigen hitzeerzeugenden chemischen Prozesses die Kosten des Zellen-Siliziums von etwa 100 $/kg auf nur 5 $ zu senken. Damit wird die Förderung von Privatinvestitionen durch die US-Regierung hinfällig, mittels derer die alten Herstellungspreise mittels der Entwicklung neuartiger Verfahren auf einen Kilogrammpreis von 14 $ gesenkt werden sollten. In Erwartung neuer Produktionsmethoden hatten die Silizium-Hersteller nämlich lange darauf verzichtet, weiter in ihre alten und teuren Anlagen zu investieren. Mit den neuen Prozessen sollte der Anteil des Rohsiliziums an den Zellenkosten von 20 % auf 2 % gesenkt werden.

1984 meldet die Presse, daß Silizium bald knapp wird, und daß man daher auch bei der Solarzellenproduktion eine Stagnation erwarte. Die entsprechende, von vielen Seiten sehr kritisch aufgenommene, Meldung basiert auf einer Aussage der Fraunhofer-Gesellschaft, daß der Bedarf nach Reinstsilizium aus den eigens gezüchteten Einkristallen im Segment der Mikroelektronik derart zugenommen hat, daß für die Solarzellenproduktion immer weniger übrig bleibt. Außerdem werden für die Herstellung eines MW Solarzellenleistung noch immer mindestens 10 t hochreines Silizium benötigt – was für einen wirtschaftlichen Großeinsatz eindeutig viel zu viel ist.

Laut einer im Jahr 1994 durchgeführten Untersuchung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg gelten die sehr hohen Temperaturen, die zur Herstellung des hochreinen Siliziums benötig werden, noch immer als wichtigster Kostenfaktor. Diese Hochreinheit ist deshalb so wichtig, da Silizium als Halbleitermaterial gerade mal ein Fremdatom pro Milliarde Siliziumatome enthalten darf. Es werden daraufhin zwei kostenreduzierende Herstellungstechniken vorgeschlagen: Eine neue Sägetechnik, die nicht mehr wie bisher die Hälfte des Materials zu Spänen verarbeitet – und eine Ziehtechnik, mit der man dünnste Siliziumscheiben direkt aus der Schmelze gewinnen kann. Die ersten Zellen aus dem Czochralski-gezogenem kristallinen Silizium erreichen einen Wirkungsgrad von 20,7 %. Für Solarzellen aus dem besonders hochreinen Float-Zone-Silizium wird zu dieser Zeit eine theoretische Wirkungsgradobergrenze von 28 % angenommen. Beim ISE wird mit 22,1 % der bislang europaweit beste Wert erreicht. 1997 steht das ISE mit einem Wirkungsgrad von 23,3 % im internationalen Vergleich an dritter Stelle hinter Japan mit 23,5 % und Australien mit 24 %.

Inzwischen bieten bereits Dutzende von Kleinproduzenten Siliziumwafer an, allerdings macht keines der Unternehmen Gewinn. Der mit Abstand größte Kollektorenfabrikant Siemens-Solar (Weltmarktanteil 1994: 20 %) machte im Vorjahr einen Umsatz von 80 Mio. DM – bei einen Verlust von 94 Mio. DM. Bislang wagt kein Unternehmen den Sprung in die Großproduktion. Zwischen 1995 und 1997 verdoppeln sich die Kosten von kristallinem Silizium. Die Zellen-Hersteller erhalten das kristalline Silizium als Abfallprodukt der Chip-Industrie, doch diese liefert pro Jahr nur 1.000 Tonnen, was die Preise weiter in die Höhe treibt.

Um so größer ist das Interesse, welches die Meldung des ISE im Jahr 1997 hervorruft. Dort ist nämlich eine Dünnschicht-Solarzelle aus kristallinem Silizium mit einem Wirkungsgrad von 19 % hergestellt worden die nur noch 30 µm dick ist (im Vergleich zu den bislang üblichen 200 – 300 µm). Für die Marktreife werden allerdings noch 8 – 10 Jahre veranschlagt.

1998 stellt auch BP bereits an vielen Orten der Welt monokristalline Siliziumzellen her, darunter in Sundury-on-Thames, Madrid, Sydney und Fairfield in Kalifornien. Weitere Anlagen sind in Thailand und in Saudi-Arabien geplant, ein Joint-Venture besteht mit Indien. Bei diesen monokristallinen Siliziumzellen sind die Kontakte per Laser eingraviert, außerdem wird die Oberfläche mit Lasern so behandelt, daß neben dem direkten auch das diffuse Sonnenlicht umgewandelt werden kann (Saturn-Technologie). das inzwischen unter BP Solar firmierende Unternehmen meldet im Oktober 2006, daß man mit dem Prototyp ‚Mono2’ ein Solar-Modul entwickelt habe, bei dem ein neuer, geschützter Produktionsprozeß für monokristallines Silizium die Kosten der Energiegewinnung deutlich reduziert – bei einer gleichzeitigen Leistungssteigerung um etwa 8 % gegenüber herkömmlichem polykristallinem Silizium. Die neue Technik soll Mitte 2007 in die Produktion übernommen werden.

Bereits 1997 wird im chinesischen Changzhou die Firma Trina Solar Ltd. (TSL) gegründet, eine Tochtergesellschaft der Changzhou Trina Solar Energy Co. Ltd., die schnell zu einem der führenden PV-Unternehmen der Welt wird und als vollständig vertikal integrierter Hersteller die gesamte Palette mono- und multikristalliner Produkte, von Ingots bis zu Modulen, anbietet. Im Jahr 2000 erfolgt die Entwicklung der ersten chinesischen gebäudeintegrierten PV-Anlage, 2002 die Installation von 39 Stück kleinerer PV-Kraftwerke in Tibet, und 2004 beteiligt sich Trina Solar an der Entwicklung des ersten chinesischen Erneuerbare-Energien-Gesetzes. Der Bau der ersten Fertigungsanlage für monokristalline Ingots findet 2005 statt, und 2006 geht das Unternehmen an der New Yorker Börse, das zu diesem Zeitpunkt jährlich je 30 MW Ingots, Wafer und Module herstellt. Lieferverträge für monokristalline Solarmodule werden u.a. mit der Phoenix Sonnenstrom AG abgeschlossen (2 MW).

Die Auszeichnung als das am schnellsten wachsende Unternehmen von Deloitte Technology Fast 50 China gibt es im Jahr 2007, in dem durch Einweihung einer Fertigungsanlage für PV-Zellen auch die Vervollständigung der vertikalen Integration erfolgt – wobei man schon die Errichtung einer Polysilizium-Produktionsanlage im Wert von 1 Mrd. $ plant. Im Oktober kündigt Trina Solar den Start einer neuen multikristallinen Modullinie an, um die bisherige Modullinie aus monokristallinem Silizium zu ergänzen. Schon im April 2008 streicht Trina Solar die Pläne für die riesige Polysilizium-Anlage jedoch wieder, da im Laufe des Vorjahres 21 neue Firmen mit der Herstellung dieses Materials begonnen haben. Statt dessen wird mit der Jiangsu Zhongneng Polysilicon Technology Development Co. Ltd., einer Tochtergesellschaft der GCL Silicon Technology Holdings Ltd., ein achtjähriger Polysilizium-Liefervertrag für etwa 2,6 GW Solarmodule vereinbart.

2008 liegt Trina Solar unter den Top 3 im Energierating des TÜV. In diesem Jahr wird die zu diesem Zeitpunkt größte nordamerikanische Dachflächenanlage auf einem Dach in Atlantic City fertiggestellt, und mit dem französischen Unternehmen LISA Airplanes wird die Lieferung von PV-Zellen für das Hy-Bird vereinbart, das erste Solar- und Wasserstoff-betriebene Flugzeug, das alleine mit erneuerbaren Energien um die Welt fliegen soll. Die 3.000 Solarzellen mit zusammen 2 kW auf den Flügeln sowie auf dem Rumpf sollen ausreichend Energie liefern, damit das Flugzeug starten und auch seine Bordsysteme betreiben kann. LISA Airplanes hat bereits verkleinerte Modelle hergestellt und plant, die Weltumrundung Ende 2009 zu beginnen, die in Etappen zu jeweils 1.500 km erfolgen soll. Mehr über dieses Projekt unter Elektro- und Solarflugzeuge (2008).

Es scheint allerdings, als sei die Entwicklung später nicht weitergeführt worden, da sich LISA Airplanes nur noch mit dem (konventionell betriebenen) 2-Sitzigen Amphibien-Flugzeug AKOYA beschäftigt, mit dem man sogar im Schnee landen kann, und das ab 2011 auf diversen Luftfahrtmessen vorgeführt wird. Über den Flieger Hy-Bird ist dagegen nichts mehr zu hören.

Im August 2008 wird die Eröffnung einer 26 MW Solarfarm in Fuente Alamo, Murcia, im Südosten von Spanien bekannt gegeben, die dem spanischen Anbieter von Solar-Systemlösungen Gestamp Asetym Solar SA errichtet wurde und mit 20 MW mono- und multikristallinen Solarmodulen von Trina Solar bestückt ist. Die Farm besteht aus den drei Anlagenteilen Fuente Alamo I (8 MW), Fuente Alamo II (8 MW) und Fuente Alamo III (10 MW). September meldet Trina Solar, daß der langfristige Liefervertrag mit der GCL-Poly um weitere fünf Jahre verlängert wird. GCL-Poly wird das Unternehmen nun über 13 Jahre mit ausreichend hochwertigem Polysilizium und Wafern beliefern, um damit ca. 8,5 GW Solarmodule produzieren zu können. Im November kündigt Trina Solar die Entwicklung einer neuen Produktlinie an, die ausschließlich auf aufgewertetem metallurgischem Silizium basiert (upgraded metallurgical grade silicon, UMG). Die Solarzellen aus dem Material erreichen dem Unternehmen zufolge bereits Wirkungsgrade von ca. 14 %, wobei die UMG-Module auf schon vorhandenen Fertigungslinien produziert werden. Sie sollen noch im Laufe des Jahres unter einer eigenen Marke vermarktet werden, unterstützt von einer 20-Jahre-Garantie.

Die Fertigstellung der zu diesem Zeitpunkt mit 38.000 m² Sonnenkollektoren größten Dachflächenanlage der Welt (oder nur Italiens?) erfolgt im Februar 2009. Es ist eine 4,7 MW PV-Anlage von ErgyCapital in der Stadt Serravalle Scrivia, Region Piemont, in Italien. Im April werden drei Kaufverträge über insgesamt rund 42 MW Module abgeschlossen, die an Kunden in Deutschland ausgeliefert werden sollen, einschließlich 12 MW an die Bull Solar GmbH. Die Namen der anderen Kunden werden nicht bekanntgegeben. Einen Monat später folgt ein Kaufvertrag mit der Enfinity NV über 15 MW Module. Ansonsten gibt es in diesem Jahr nicht viele Meldungen. Die Produktionskapazität beträgt Ende 2009 beachtliche 500 MW, und die Unternehmensinvestitionen in Forschungs- und Entwicklungsausgaben betragen 5,3 Mio. $.

Auch im Jahr 2010 ist nicht viel zu erfahren – und sogar Pressemeldungen von Trina Solar selbst sind aus diesem Zeitraum nicht (mehr) zu finden. Im Februar wird ein 40 MW Module-Liefervertrag mit der deutschen Firma AE Photonics GmbH erwähnt, und im Mai bringt der chinesische Solarzellen- und Modulhersteller eine neue Generation von monokristallinen Solarmodulen auf den Markt (TSM-DC80), welche die neue Quad-Max-Zelltechnik des Unternehmens nutzen, mit der unter Laborbedingungen Wirkungsgrade von bis zu 18,8 % erzielt werden konnten. Das 72-zellige Premium-Modul erreicht eine maximale Leistung von über 200 W. Im Laufe dieses Jahres erfolgt außerdem die Installation einer Dachflächenanlage auf dem belgischen Pavillon zur Expo 2010 in Shanghai, sowie einer weiteren „größten Aufdachanlage der Welt“, die mit 40 MW im belgischen Antwerpen in Betrieb geht. Auf nur 26 MW bringt es eine neue Freiflächenanlage in Spanien. Ansonsten beginnt eine Sponsorenbeziehung zum Formel 1-Team von Renault, mit SunEdison wird die Lieferung von rund 35 MW Modulen – und mit der Southern California Edison von 45 MW vereinbart, und Trina Solar verfügt inzwischen über mehr als 11.000 Mitarbeiter in Niederlassungen auf der ganzen Welt, wodurch es einen Umsatz von 1,859 Mrd. $ erzielt und nun als zweitgrößtes Solarunternehmen der Welt gilt.

Ende des Jahres 2010 erzielen die monokristallinen Zellen bereits einen Wirkungsgrad von 19,5 %, während die multikristallinen Zellen auf immerhin 18 % kommen. Diese Zahlen sollen durch diverse Partnerschaften mit führenden Bildungseinrichtungen in aller Welt aber noch erhöht werden. Dazu zählen ein Programm für Technologietransfer und Zusammenarbeit mit dem amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT), eine Partnerschaft mit dem Solar Energy Research Institute of Singapore (SERIS), um eine hocheffiziente Silizium-Wafer-Zelle mit Rückkontakt zu entwickeln, sowie eine Partnerschaft mit der Australia National University zur Entwicklung von monokristallinen n-Typ Zellen mit einer Effizienz von 20 %, sowie von multikristallinen p-Typ Zellen mit 19 %. Die Investitionen in Forschung und Entwicklung belaufen sich 2010 auf 18,6 Mio. $, und zu den Kunden des Unternehmen gehören inzwischen auch Firmen wie Conergy, Corporación Zigor, SKR Energie und Schüco International. Die Modullieferungen erreichen zum Jahresende kumuliert 1,2 GW.

Über 2011 gibt es sogar noch weniger Informationen. Auf Grundlage der neuen Honey-Technologieplattform erreichen die multikristallinen Solarmodule mit 60 deep blue Zellen von Trina Solar einen Wirkungsgrad von bis zu 15,9 %. In Singapur wird die neue regionale Hauptniederlassung für den Asien-Pazifik-Raum eröffnet. Die gesamte Forschung, Entwicklung und Fertigung der Ingots, Wafer, Zellen und Module erfolgt weiterhin in Changzhou, wo das Unternehmen mit dem Trina Solar PV Park auf etwa 5,12 km² Fläche angesiedelt ist. Im Bereich Ingots und Wafer liegt die Produktionsleistung zum Jahresende bei 1,2 GW, während Zellen und Module eine Leistung von 1,9 GW erreichen.

Trina Solar meldet im Februar 2012, daß seine Tochter Trina Solar Science & Technology Co. Ltd. einen strukturierten Abstattungskredit über 100 Mio. $ von der Standard Chartered Bank erhalten hat, mit dem das ‚East Campus’-Projekt finanziert werden soll. Dieses sieht vor, die Zellen- und Modulkapazität um weitere rund 500 MW anzuheben, wobei diese insbesondere für die Hocheffizienz-Zellentechnologie Honey genutzt werden sollen. Auf der Intersolar im Juni wird bereits die zweite Generation Honey Ultra präsentiert, und Trina Solar informiert darüber, daß man künftig mit dem deutschen Unternehmen E3/DC kooperieren werde, um gemeinsam neue Energiespeicherlösungen für Privathaushalte und kleine Betriebe zu entwickeln. Das Unternehmen wird zum diesjährigen Spitzenreiter im Solar Company Scorecard-Ranking der Silicon Valley Toxics Coalition (SVTC), welche die Umwelt- und Sozialstandards von Solarherstellern überprüft. Außerdem stattet Trina Solar die Zentrale des Lotus F1 Teams im britischen Enstone mit einem PV- Aufdachsystem aus, das den neuen Fahrsimulator des Lotus F1 Teams mit Solarstrom versorgt. Von größeren Projekten ist nichts zu vernehmen.

Im August erfolgt die Inbetriebnahme der ersten größeren PV-Dachanlage mit 3.576 Stück multikristallinen Honey Hochleistungsmodulen in der Schweiz. Durch das 900 kW System auf den Produktions- und Lagerhallen wird das Sägewerke Christen AG in Luthern im Kanton Luzern zum ersten energieautarken Sägewerk der Schweiz. Im September wird Formengründer und CEO Jifan Gao mit der Solar Industry Award 2012 ausgezeichnet – doch gleichzeitig kündigt Trina Solar hat ein umfassendes Programm zur Kostenreduzierung an, das auch die Entlassungen von Personal einschließt. Außerdem sollen die beiden Geschäftsbereiche Photovoltaik Module und Photovoltaik-Systeme künftig getrennt voneinander agieren. Trina hatte zuvor bereits angekündigt, künftig auf eigene Faust Solar-Großprojekte zu entwickeln. Nun will das Unternehmen auch verstärkt in Bereichen wie Stromverteilung und Stromspeicherung expandieren. Im Dezember gibt es noch einmal eine Meldung über einen größeren Verkauf: bis zu 55 MW Module an Anesco, der damit acht verschiedenen Solarfarmen in Südengland bestücken wird.

Etwas mehr Bewegung kommt im Januar 2013 ins Geschäft, als Trina Solar die Lieferung von PV-Modulen mit 30 MW Gesamtkapazität an Gestamp Solar für zwei Projekte in Südafrika meldet. Die Großanlagen werden in der Provinz Nordkap gebaut: In Prieska entsteht ein Solarpark mit einer Kapazität von 20 MW, in De Aar mit 10 MW. Auf dem ehemaligen Flugplatz Preschen im südbrandenburgischen Jocksdorf geht das Green Tower-Projekt in Betrieb, ein 61 MW Solarpark aus mehr als 252.000 multikristallinen Modulen, der ca. 17.000 Haushalte versorgt. Außerdem erhält das Unternehmen von der Entwicklungs- und Reformkommission der Provinz Gansu die Genehmigung zur Errichtung eines 50 MW Solarprojekts in Wuwei. Die bislang jüngste Meldung betrifft die Zusammenarbeit mit der abakus solar AG, die mit vier Projekten und einem Gesamtvolumen von 20 MW gestartet ist. Nach dem Bau einer 2 MW Pilotanlage auf einer ehemaligen Mülldeponie im westfälischen Rietberg, die bereits Ende vergangenen Jahres fertiggestellt worden ist, folgen nun drei weitere Freiflächenanlagen in Südengland, unter anderem auf der Isle of Wight.

Die Universität Konstanz stellt 1999 eine neue Art teilweise transparenter Solarzellen vor, die von dem Physiker Peter Fath entwickelt worden sind und im Rahmen eines 1997 geschlossenen exklusiven Lizenzvertrags nun von der ebenfalls Konstanzer Firma Sunways GmbH gefertigt werden. Dieses bereits 1993 von Roland Burkhardt gegründete Unternehmen wird im selben Jahr 1999 in eine Aktiengesellschaft umgewandelt und geht 2001 als Sunways AG an die Börse. 2002 erfolgte die vollständige Übernahme der MHH Solartechnik GmbH Tübingen (die 2010 an die Baywa Green Energy GmbH weiterverkauft wird). Ende 2004 erfolgt die Ausweitung der Produktionskapazität am Standort Konstanz auf 16 MW – sowie der erste Spatenstich für ein neues Werk im thüringischen Arnstadt, wo mono- und multikristalline Solarzellen mit einer Kapazität von 30 MW hergestellt werden sollen. Die Gesamtinvestitionen für die neue Produktionsstätte, die bereits für einen Ausbau auf 80 MW ausgelegt ist, betragen 22 Mio. €.

Im November 2007 gibt Sunways den Einstieg in die Polysilizium-Produktion bekannt, wofür das Unternehmen eine schlüsselfertige Polysilizium-Produktionsanlage kauft. Ende 2009 will Sunways erstmals Silizium herstellen, wobei die vollständige jährliche Produktionskapazität von 1.000 t ab 2010 erreicht werden soll. Tatsächlich werden die Polysilizium-Pläne jedoch schon im März 2009 wieder gestrichen, da die Produktion von hochreinem Silizium als Rohstoff für die Herstellung von Solarzellen keine strategisch und wirtschaftlich sinnvolle Option mehr darstellt. In der Branche wird davon ausgegangen, daß der Preis für Solarsilizium stark sinken wird, sobald die diversen neuen Anlagen, die in Deutschland, China und anderswo bereits im Bau sind, in Betrieb gehen werden – was sich dann auch bestätigt. Darüber hinaus beendet Sunways eine im Herbst 2007 begonnene Zusammenarbeit mit der Firma Solarvalue AG, bei der es um die Herstellung hochwertiger Solarzellen auf Basis metallurgischen Siliziums ging. Sunways hatte nämlich nicht, wie ursprünglich geplant, während der für die Entwicklung angesetzten Frist die vereinbarten Rohstoffe für eine Test-Solarzellen-Produktion erhalten.

Solarvalue, mit Sitz in Berlin, war im Juni 2005 gegründet worden, um mit einem innovativen Produktionsprozeß unter Verwendung von eigenständig hergestellten technischen Anlagen und der Methode der gleichgerichteten Erstarrung zunächst hochreines Solarsilizium herzustellen und langfristig die gesamte Wertschöpfungskette eines integrierten PV-Konzerns aufzubauen. Im April 2008 nimmt das Unternehmen seine Pilotanlage in den USA in Betrieb und kann zeigen, daß durch den neuen Reinigungsprozeß tatsächlich Materialunreinheiten verringert werden konnten. In der zweiten Jahreshälfte ist der Transfer in eine neue Produktionsstätte der slowenischen Tochtergesellschaft Solarvalue Proizvodnja d.d. in Ruse geplant. Im Laufe des Jahres 2010 läuft ein Insolvenzverfahren der slowenischen Tochter – aber Solarvalue kann im Oktober immerhin melden, daß man erstmals ein Ingot aus metallurgischem Silizium hergestellt habe, der für die Herstellung von Solarzellen geeignet scheint. Von einer industriellen Produktion ist der Solarhersteller jedoch noch weit entfernt. Trotzdem steigt die niederliegende Aktie über 500 %, wodurch die Firma auf rund 12 Mio. € bewertet wird. Echte Umsätze hat das Unternehmen allerdings noch nie erwirtschaftet, sondern statt dessen nur regelmäßig hohe Verluste geschrieben. Meldungen über eine geplante Insolvenz tauchen daher schon Ende 2011 auf – und tatsächlich stellt Solarvalue im Mai 2012 beim Amtsgericht Berlin Charlottenburg Antrag auf Eröffnung des Insolvenzverfahrens über das Vermögen der Gesellschaft wegen drohender Zahlungsunfähigkeit.

Nun weiter mit Sunways, das im November 2008 mit der Swiss Wafers AG einen Vertrag zur Lieferung von Silizium-Wafern abschließt, mit denen insgesamt 115 MW Solarzellen hergestellt werden sollen. Die Lieferungen werden sich von Januar 2009 bis ins Jahr 2016 hinein erstrecken. Die Produktionskapazität von Sunways beträgt zu diesem Zeitpunkt 46 MW Solarzellen und soll bis Ende 2008 auf 116 MW ausgebaut werden.

Im März 2010 melden die Sunways AG und das mit ihr kooperierende Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH), einem An-Institut der Leibniz-Universität Hannover, daß es ihnen gelungen sei, 155 cm² große monokristalline Zellen mit einem Wirkungsgrad von 19,1 % herzustellen. Der Schwerpunkt der gemeinsamen Arbeiten lag dabei auf der Entwicklung einer hocheffizienten Rückseite für die Siliziumsolarzellen was bei Sunways unter produktionsähnlichen Bedingungen ausgeführt wurde. Ein ISFH-Team um Verena Mertens und Nils-Peter Harder hatte bereits im Vorjahr auf der 24. Europäischen Photovoltaik- Konferenz eine industrienahe Hocheffizienz-Silizium-Solarzelle mit gleichzeitig potentiell niedrigen Produktionskosten vorgestellt, die auf handelsüblichem n-Typ-Czochralski-Silizium basiert und im Labor bereits einen Wirkungsgrad von 21,8 % erreicht. Die Besonderheit des neuen Zelltypus ist der ‚vergrabene Emitter’ (buried emitter), was bedeutet, daß sich die Metallkontakte ausschließlich auf der Rückseite befinden, was auf der Zellvorderseite deutlich verminderte Abschattungsverluste zur Folge hat. Mit der Buried-Emitter-Zelle werden um 15 % höhere Photoströme erzielt als bei den heutigen Industriezellen aus einkristallinem Silizium. Durch ein neuartiges Passivierverfahren erhöht sich außerdem die Leerlaufspannung auf nahezu 660 mV. Im August gibt das Unternehmen bekannt, daß es nun in der Lage ist, den Wirkungsgrad von 19,1 % bei seinen 5-Zoll großen Silizium-Solarzellen durch Siebdruck-Metallisierung zu replizieren.

Zeitgleich präsentiert das ISFH eine Schichttransfer-Dünnschichtsolarzelle mit einem Wirkungsgrad von gleichfalls 19,1 %, was durch Übertragen der Herstellungstechnologien industrieüblicher Wafersolarzellen auf Dünnschicht-Solarzellen erreicht wurde. Im Vergleich zu einer konventionellen Solarzelle wird dank sägefreier Verfahren zur Herstellung von Siliziumschichten nur rund ein Fünftel des Siliziummaterials benötigt. Die Erfolgsmeldungen gehen auch 2011 weiter, als das ISFH im März meldet, das die siebgedruckten Cz-Silizium-Solarzellen mit der verbesserten Zellrückseite einer 200 nm dünnen SiO2/SiNx Doppelschicht nun einen Rekord-Wirkungsgrad von 19,4 % erreichen.

Genau ein Jahr später, im März 2012, werden bereits 20,1 % erzielt. Diese, vom Fraunhofer ISE bestätigten, Rekordwerte werden in Zusammenarbeit mit der Singulus Technologies AG (Teil der früheren Leybold AG, s.u.) durch eine Zellrückseite mit einer ICP-AlOx/SiNy Doppelschicht erreicht. ICP steht dabei für ‚Inductively Coupled Plasma’ und bezeichnet eine für AlOx neu entwickelte Abscheidemethode, bei der die Kontaktierung durch Aluminium auf der Rückseite der Zelle mittels Laserablation aufgedampft wird. Die modifizierte Zellrückseite reflektiert das Sonnenlicht besser und verringert zudem die Ladungsträgerrekombination. Außerdem wird die Zellvorderseite mittels eines fortschrittlichen Doppelsiebdruck-Prozesses metallisiert, welcher schmalere Kontaktfinger und daher eine geringere Abschattung ermöglicht und zusammen mit der DEK Solar, unter Verwendung ihrer Eclipse Siebdruck-Plattform und Präzisionssieben, optimiert worden ist. Die weiteren Entwicklungspartner im Rahmen des HighScreen-Projektes sind: SolarWorld AG, Schott Solar AG, Solland Solar Cells GmbH, RENA GmbH, Ferro Corporation und Heraeus GmbH. Das Projekt wird mit rund 700.000 € vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert.

Eine Rückseiten-Solarzelle mit Siliziumheterokontakten, die vom ISFH gemeinsam mit dem Helmholz-Zentrum Berlin (HZB) entwickelt wird, erreicht zu diesem Zeitpunkt bereits eine Effizienz von 20,2 %. Die rückkontaktierte Heteroübergang-Solarzelle vereinigt zwei PV-Technologien. Zum einen liegen die Metallfinger auf der Rückseite der Zelle und verhindern eine Beschattung, außerdem kommen zwei Halbleiter mit unterschiedlichen Bandlücken zum Einsatz. Das Kombinieren beider schon industriell genutzter Verfahren gilt als Möglichkeit, Effizienzen um 25 % zu erreichen.

Doch zurück zur Sunways AG, deren Umsatz im Laufe des Jahres 2011 um rund 50 % auf 116,2 Mio. € sinkt – bei Verlusten in Höhe von 66,1 Mio. € (nachdem 2010 noch über 15 Mio. € Gewinn erwirtschaftet wurden). Grund sind die sinkende Nachfrage in den bisherigen Kernmärkten sowie die dramatischen Preisrückgänge bei Komponenten für PV-Anlagen, insbesondere bei Solarmodulen. Eines der interessantesten Projekte, die das Unternehmen in diesem Jahr durchführt, ist der Energiewürfel, das neue Kundenzentrum der Stadtwerke Konstanz GmbH, das nicht nur durch seine klare und ästhetische Optik, sondern vor allem durch sein intelligentes Energiekonzept überzeugt, zu dem auch die Südfassade gehört, die komplett mit transparenten Solarzellen von Sunways bestückt ist.

Ende 2011 kündigt Sunways daher eine Kapitalerhöhung an, die ausschließlich von dem chinesischen Solar-Hersteller LDK Solar gezeichnet werden kann, und nach deren Abschluß die Firma ein Drittel der Anteile an Sunways halten wird. Darüber hinaus ist für Ende Januar 2012 ein Übernahmeangebot für die übrigen Eigner von Sunways vorgesehen. Die geplante Übernahme sorgt für ein kräftiges Plus der Sunways-Aktie, die zeitweise knapp 27 % zulegen. Im August meldet der inzwischen mehrheitlich zur LDK Solar Germany Holding GmbH gehörende Sunways Konzern, daß man damit rechnet, ab 2014 wieder in die operative Gewinnzone zurückkehren zu können. Die Verbesserung der wirtschaftlichen Situation soll im Wesentlichen durch Umsatz- und Kostensynergien infolge der verstärkten Zusammenarbeit mit der LDK Solar-Gruppe erreicht werden.

Im Oktober 2012 meldet Sunways, daß man durch die gezielte Weiterentwicklung verschiedener Fertigungsprozesse die Wirkungsgrade von Solarzellen aus der Serienproduktion in Arnstadt signifikant verbessert habe. Bei den monokristallinen Solarzellen aus Standardmaterial werden vom ISE Spitzenwerte von 19,4 % gemessen, während Solarzellen aus multikristallinem Silizium Wirkungsgrade von bis zu 17,9 % erreichen. Trotzdem plant das deutsche Solarunternehmen im Dezember die Streichung von mehr als hundert Arbeitsplätzen. Im Arnstedter Werk der Tochtergesellschaft Sunways Production GmbH, wo an der Produktion und Entwicklung von Solarzellen gearbeitet wird, sollen ca. die Hälfte der 120 Arbeitsplätze wegfallen und bis auf weiteres keine Solarzellen für Standardmodule mehr produziert werden; die Produktion wird auf Solarzellen für Spezialanwendungen, z.B. für die gebäudeintegrierte Photovoltaik beschränkt. Bei der Sunways AG sollen zudem standortübergreifend Arbeitsplätze wegfallen sowie die Produktion komplett restrukturiert werden. Mit Stand vom Januar 2013 hält LDK rund 71 % der Anteile an Sunways.

Das Institut für Kristallzüchtung (IKZ) in Berlin-Adlershof präsentiert im Jahr 2000 den Prototyp einer neuen Solarzelle, deren Silizium-Kristalle direkt auf dem Trägermaterial Glas gewachsen sind. Da Glas amorph ist, also selber keine kristalline Struktur aufweist, können Kristalle nicht ohne weiteres darauf wachsen. Aus diesem Grund werden auf dem Glas Mikrometer kleine Tröpfchen einer metallischen Lösung aufgebracht, die in einer Vakuumanlage bei relativ niedrigen Temperaturen herstellbar sind. In diesen Tröpfchen löst sich das Silizium schon bei 500°C, während es unter normalen Bedingungen erst bei 1.400°C schmilzt, was den Einsatz von Glas als Trägermaterial nicht erlauben würde. An den so hergestellten pyramidenförmigen Kristallisationskeimen kann das Silizium dann leicht weiter wachsen, bis eine hauchdünne, geschlossene Schicht entsteht.

Die Umsetzung und Weiterentwicklung des patentierten Verfahrens erfolgt gemeinsam mit der Firma Schott Jenaer Glas, die bereits ein kostengünstiges Spezialglas entwickelt hat, sowie mit dem Max-Born-Institut für Kristallographie, der Bundesanstalt für Materialforschung und der Adlershofer Firma FIMEA. Mit einem Laserbeschuß des Glasträgers soll so z.B. ein regelmäßiges Netz von Mikro-Poren erzeugt werden. Im Idealfall bilden sich nur in diesen kleinen Löchern die Lösungsmitteltröpfchen – und in diesen dann die perfekten Silizium-Kristallisationskeime. Eine weitere Variante, an der geforscht wird, ist Silizium-Germanium, das ein größeres Spektrum des Sonnenlichts absorbieren kann.

Ab 2002 arbeitet das von Mikio Murozono mit 13 Mio. Yen im Vorjahr gegründete japanische Unternehmen Clean Venture 21 Corp. (CV21) aus Kyoto an der Technologie, eine neue Solarzelle aus Tausenden von winzigen Siliziumskügelchen mit einem Durchmesser von 1 mm herzustellen, die von hexagonalen Aluminium-Reflektoren umgeben sind, welche als Mini-Konzentratoren fungieren. Die Kügelchen selbst bestehen aus einem positiv dotierten Siliziumball, auf dessen Oberfläche eine Schicht aus negativ dotiertem CdS (s.d.) aufgebracht ist. Hinzu kommt eine weitere antireflexive Beschichtung. An ihrer Unterseite sind die Bällchen durch ein Loch in der Mitte des Reflektors mit den Elektroden der flexiblen Trägerfolie verbunden.Mit dieser Technik sollen sich die Herstellungskosten bei gleicher Ausgangsleistung um 50 % reduzieren lassen.

Schon im Juni 2001 geht CV21 eine Partnerschaft mit der Nissin Electric Co. Ltd. ein, im Juli wird ein Forschungsvertrag mit der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) unterzeichnet, und im Oktober wird an der Universität von Tokio der erste gemeinsam mit CV21 entwickelte Schmelzofen für frei tropfendes bzw. fallendes Silizium installiert (molten Si dropping furnace). Im Laufe des Jahres 2002 erhält das neue Unternehmen Zuschüsse von der Sanwa High Tech Venture Development Foundation, der Fuji New Business Promotion Foundation und der New Technology Development Foundation. Im Dezember werden die 1. Aktienoptionen herausgegeben.

Mitte 2003 gewinnt CV21 einen Forschungsauftrag für ein gemeinsames F&E-Projekt zur regionalen Revitalisierung vom Büro der Kansai Region des Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie. Außerdem werden die 2. Aktienoptionen herausgegeben. Im September erfolgt die Installation des zweiten Schmelzofens an der Universität. Dazu gelingt es, das Unternehmenskapital auf 19 Mio. Yen zu erhöhen. Im Februar 2003 wird CV21 mit dem Japan Venture Award ausgezeichnet, im Juni gibt es die 3. Aktienoptionen, und im Juli einen weiteren Forschungsauftrag der NEDO, bei dem es um die Förderung industrietauglicher Technologien geht. Im August werden die beiden Öfen demontiert und am BKC Incubator der Ritsumeikan University wieder aufgebaut, und im September steigt das Firmenkapital auf 55 Mio. Yen (ohne Angaben dazu, woher die Mittel kommen).

Auch im Jahr 2005 gewinnt das Unternehmen einen Preis: Im März wird ihm der Venture Support Messe der Bank of Kyoto der Grand Prix Award überreicht. Im Oktober stellt es seine Module mit kugelförmigen Silizium-Solarzellen auf der PVSEC in Shanghai vor, und im Dezember klettern die Finanzmittel auf 85 Mio. Yen. Dazu wird mit der Fujipream Corp. aus Hyogo ein exklusiver Vertriebsvertrag geschlossen.

Einen gewaltigen Schritt voran geht es im März 2006, als CV21 meldet, daß es nun sogar schon 453 Mio. Yen zur Verfügung habe, was vermutlich auch der Grund für eine 4. Aktienoption ist – und den Umzug in einen neuen Firmenhauptsitz in Kyoto im Mai. Im August folgt ein Forschungsauftrag der NEDO zur beschleunigten Kommerzialisierung der firmeneigenen Solartechnologie.

Im Januar 2007 gibt die ATS Automation Tooling Systems Inc. bekannt, daß ihre Tochtergesellschaft Photowatt Technologies Inc. eine Absichtserklärung mit der CV21 und der Fujipream unterzeichnet habe, um die Entwicklung der hier erstmals Spheral Solar-Technologie genannten Umsetzung voranzutreiben. Das gemeinsame Projekt scheint aber nie umgesetzt worden zu sein. Tatsächlich ist unter diesem Namen ein anderes Silizium-Tropfen-System der ebenfalls in Kyoto beheimateten Firma Kyosemi Corp. bekannt, was eigentlich kein Zufall sein kann (s.u. Spheral und Sphelar Cells).

Die ersten Solarzellen mit Mikroreflektoren in den Maßen 5 x 15 cm und mit einer Leistung von 0,75 W werden im März 2007 verschifft – zeitgleich mit der Auszeichnung durch den Kansai Front Runner Grand Prix Award des Ministeriums für Wirtschaft, Handel und Industrie. Im April 2008 steigt das Grundkapital der CV21 auf 1,11 Mrd. Yen – und im August nochmals auf 1,38 Mrd. Yen. Im selben Monat wird in Kisshoin, Kyoto, ein neues Werk mit einer Massen-Fertigungslinie für die jährliche Produktion von 15 MW eröffnet. Auf der Homepage des Unternehmens werden zwar verschiedene Module sowie das Foto einer 20 kW Solaranlage in Hokuto City gezeigt und auch einige technische Angaben gemacht, doch weder zu Wirkungsgraden noch Preisen oder tatsächlich produzierten Mengen. Ab Mai 2008 soll die Produktionsleistung von 1.000 auf 60.000 Zellen pro Tag erhöht werden.

In den Folgejahren präsentiert CV21 seine leichten und flexiblen Module sowie designte BIPV-Module auf diversen japanischen und internationalen Messen, Ausstellungen und Konferenzen und bekommt auch einiges an Presse – scheint dabei allerdings ein Durststrecke überwinden zu müssen, denn man hört erst wieder im April 2012 etwas neues, als das Unternehmen die Zertifizierung der kugelförmigen Silizium-Solarzellen durch den TÜV bekannt gibt. Gleichzeitig wird begonnen, Batterielader und Solarmodule der spanischen Isofoton zu verkaufen. Neuere Informationen gibt es bislang noch nicht.

Die Forscher des ISE (s.o.) geben im Dezember 2003 bekannt, daß ihnen die Entwicklung einer 37 µm dünnen kristallinen Silizium-Solarzelle mit einem Wirkungsgrad von 20,2 % gelungen sei (die bisherigen Industriezellen erreichen bei einer Dicke von 300 µm einen Wirkungsgrad um die 16 %). Entscheidend für das erfolgreiche Resultat ist ein am ISE entwickeltes und patentiertes Verfahren für die Rückseitenkontaktierung der Solarzelle: Die LFC-Technik (= Laser Fired Contacts), die ein hohes Wirkungsgradpotential mit niedrigen Herstellungskosten verbindet. Mit dieser Technik entfallen nämlich die bislang angewandten teuren und langsamen Photolithographie-Schritte auf der Zellenrückseite, wo mit hohem Aufwand kleine Löcher in der Isolierschicht geöffnet werden müssen, um danach die Rückseitenelektrode aus Aluminium aufzubringen. Beim LFC-Prozeß wird die Aluminium-Schicht dagegen direkt auf die Passivierungs-Schicht aufgedampft, worauf mit einem Laser auf das Metall gefeuert wird, um so die lokalen Kontakte herzustellen. Dies ist kostengünstig, materialschonend, äußerst schnell – es dauert nur eine Sekunde pro Solarzelle – und funktioniert unabhängig von Scheibendicke und -dotierung. Diese Methode ist daher genau richtig für eine industrielle Massenfertigung. Einen Nischenmarkt für superdünne Hochleistungszellen gibt es bereits in der Luft- und Raumfahrt. Für den terrestrischen Massenmarkt sei – laut dem ISE – allerdings noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsaufwand nötig, um die ultradünnen Scheiben kostengünstig herstellen zu können.

Das 2006 gegründete Startup Suniva (zuvor: Solarity) aus Atlanta will die 1992 begonnenen Entwicklungsarbeiten von Prof. Ajeet Rohatgi aus dem University Center of Excellence in Photovoltaics (UCEP) des Georgia Institute of Technology kommerzialisieren, die von rund 40 Patenten geschützt sind. Nach eigenem Bekunden geht es dabei nicht um eine radikale, neue Innovation, sondern das Unternehmen hat eigene Pasten- und Textur-Rezepte und ist in der Lage, jede Schicht des Zellendesigns seinen eigenen Spezifikationen entsprechend anzupassen und zu optimieren. Dazu nutzt es seine beträchtlichen F&E-Erfahrungen, um jeden Verarbeitungsschritt bis zu einem hohen Grad zu optimieren. Suniva bietet monokristalline und multikristalline Zellen und Module an. Ich möchte darauf hinweisen, daß in der Presse meistens von ‚high-efficiency polysilicon solar cells’ die Rede ist, obwohl die ersten Produktionslinien von Suniva, meinen Recherchen zufolge, monokristalline Zellen und Module hergestellt haben.

Nach einer nicht näher bezifferten Startinvestition im Vorjahr nimmt Suniva im Februar 2008 von den Investoren New Enterprise Associations, H.I.G. Ventures, Advanced Equities Inc., Quercus Investments und The Goldman Sachs Group Inc. (über deren Tochter Cogentrix Energy Inc.) insgesamt 50 Mio. $ ein. Im Juni wird der Beschluß bekannt gegeben, ein erstes Werk in Georgia, zu errichten – mit einer Produktionskapazität von 32 MW, die später auf über 100 MW erweiterbar ist. Im August werden mit der Berliner Solon AG ein vierjähriger Liefervertrag im Wert von 500 Mio. $, und mit der indischen Titan Energy Systems Ltd. ein fünfjähriger Vertrag im Wert von 480 Mio. $ geschlossen. Durch einen Fünf-Jahres-Zuliefervertrag mit dem norwegischen Polysilizium-Hersteller REC in Höhe von 300 Mio. $ sichert sich Suniva die Silizium-Wafer für die Produktion ihrer Monokristallinzellen. Im September erzielen die sehr dünnen monokristallinen ARTisun-Zellen (weniger als 100 Mikron) im Labor einen vom NREL bestätigten Wirkungsgrad von mehr als 20 %, während Sunivas Zellen aus nanostrukturiertem Polysilizium eine Effizienz von 18,5 % erreichen.

Im November 2008 wird die Produktionslinie für monokristalline Zellen in Norcross, Georgia, in Betrieb genommen – und gleichzeitig eine Partnerschaft mit der deutschen Firma centrotherm Photovoltaik AG angekündigt, bei der um eine zweite Produktionslinie mit 64 MW Produktionskapazität geht, die im Laufe des Folgejahres an den Start gehen soll.

Im Juli 2009 bringt eine Finanzierungsrunde C weitere 75 Mio. $ ein, neben den bisherigen Investoren kommen Warburg Pincus und APEX Venture Partners neu hinzu. Im Oktober wird die Installation des ersten Suniva Projekts in den USA bekannt gegeben, eine 550 kW Solarfarm auf einer ehemaligen Deponie in North Carolina. Projektpartner ist der lokale Stromversorger FLS Energy. Einen Monat später erfolgt die Inbetriebnahme einer 1 MW Solarstrom-Anlage, die in Kooperation mit der Titan Energy Systems Ltd. (Titan) in Jamuria, West Bengalen, errichtet worden ist und Indiens erstes PV-Großprojekt darstellt. In Georgia wird derweil an einer 10 MW Solarfarm gearbeitet – und die ARTisun-Zellen aus der Produktion erreichen inzwischen Wirkungsgrade von über 18 %. Insgesamt soll das Unternehmen 2009 eine Menge von 16 MW produziert haben.

Januar 2010 erhält Suniva Steuervergünstigungen in Höhe von 5,7 Mio. $, um die Fertigungsstätte in Norcross auszubauen, in Cary, North Carolina, wird die zweite Anlage von FLS Energy in Betrieb genommen (240 kW), und mit der Firma GS Battery Inc., die amerikanische Tochter der japanischen GS Yuasa International Ltd., wird eine Vereinbarung unterzeichnet, um mit Suniva-Solarmodulen ausgerüstete Energiespeicher zu entwickeln. Die Zusammenarbeit wird mit der Planung und Entwicklung von mehreren kommerziellen Demonstrationsprojekten in den USA beginnen. Das erste System mit 30 kW soll auf dem Hauptsitz der GS Battery in Roswell, Georgia, aufgebaut werden.

Im März wird Suniva von der Export-Import Bank der Vereinigten Staaten als Renewable Energy Exporter of the Year ausgezeichnet, da das Unternehmen im Vorjahr mehr als 90 % seiner Produktion nach Asien und Europa exportiert hatte. Im selben Monat wird im indischen Karnataka zusammen mit Titan eine netzgekoppelte 3 MW Freiflächenanlage angeschlossen. Der Betreiber Karnataka Power Corp. Ltd. (KPCL), einer der größten Stromanbieter Indiens, wird den Strom an die lokalen Bauern zur Bewässerung liefern. Die im Jahr 1800 gegründete KPCL besitzt bereits eine Reihe von regenerativen Kraftwerken, darunter das landesweit erste hydroelektrische Kraftwerk (eröffnet 1902), sowie eine der ersten Windfarmen des Landes.

Im April berichtet Suniva über Gespräche mit dem DOE über eine mögliche Bürgschaft in Höhe von 141 Mio. $, um in Saginaw County, Michigan, mit dem Bau einer neuen Produktionsstätte zu beginnen. Auf dem Dach des Thyagaraj Stadions in New Delhi geht eine 1 MW Anlage in Betrieb, die im Auftrag der Reliance Industries Ltd. (RIL) installiert wurde, und bei der 3.640 Stück der 280 W ARTisun-Module zum Einsatz kommen. Im Juli startet Suniva eine dritte Zellen-Produktionslinie in der metro-Atlanta Fabrik, womit die Firma eine Jahresproduktionskapazität von 170 MW erreicht. Die Zellenproduktion von 2010 ist schon jetzt ausverkauft. Auch das Dach des LumenHAUS der Virginia State University, das den ersten Solar Decathlon Europe (SDE) im Juni in Madrid gewinnt, ist mit Suniva-Solarzellen bestückt: 16 Sonnenkollektoren liefern 1,4 kW. Weitere Projekte, die Suniva mit Solarmodulen unterstützt, sind u.a. ‚The Plastiki Expedition’, ein Katamaran aus recycelten Plastikflaschen, mit dem der Bankierssproß David de Rothschild zwischen März und Juli des Jahres über den Pazifik segelt, um „das öffentliche Bewußtsein für ökologische Zusammenhänge zu sensibilisieren“, sowie der Shell Eco-marathon Europa 2010, bei dem ein Solarmobil namens Helios mit Solarzellen versorgt wird. Im November gibt es eine 15 Mio. $ Anleihe von der Export-Import Bank der Vereinigten Staaten.

Im Februar 2011 gibt Suniva bekannt, daß es auf die DOE-Bürgschaft verzichtet – zugunsten einer weiteren Finanzierungsrunde, die von den bestehenden Investoren 94 Mio. $ einbringt (obwohl eigentlich 115 Mio. $ geplant waren), die ARTisun-Zellen der 2. Generation aus laufender Produktion erreichen eine Effizienz von mehr als 19 %, und mit der Varian Semiconductor Equipment Associates wird zusammengearbeitet, um die Ionenimplantation von Bor bei der Herstellung von Solarzellen der nächsten Generation (auf n-Typ-Wafern) einzusetzen, die unter dem Namen ARTisun Star und mit einer Zelleffizienzen von nahezu 20 % im Folgejahr in Produktion gehen sollen. Die Verwendung von n-Typ-Wafern und Bor-Implantation beseitigt die lichtinduzierte Degradation (LID) vollständig und bietet auch eine höhere Lebensdauer. Es besteht schon eine jahrelange Entwicklungs-Zusammenarbeit mit Varian. Im Labormaßstab erreichen die neuen Zellen bereits Wirkungsgrade über 20 %. Außerdem gibt Suniva bekannt, daß es die Erweiterung seiner Forschungs- und Produktionskapazitäten in Norcross plant, um zunächst 25 - 30 MW Module pro Jahr zu produzieren. Der Ausbau soll bis September abgeschlossen sein.

Im Juni führt Suniva die nächste Generation seiner Optimus High-Power-Solarmodule ein. Die 260 W/60-Zellen-Module sind mit ebenfalls neuen monokristallinen ARTisun Select Solarzellen ausgestattet und haben eine Effizienz von mehr als 16 %. Im Oktober beginnt das Unternehmen damit, auch andere Systemkomponenten anzubieten: Wechselrichter von SMA und PowerOne, Montagesysteme von PanelClaw und Schletter, sowie Speichersysteme von Silent Power und GS Battery Inc. Im darauffolgenden Monat wird in Partnerschaft mit Helios eine 5 MW Freiland-Solaranlage außerhalb der südenglischen Stadt Malmesbury abgeschlossen.

Das Jahr 2012 beginnt mit einer Meldung im Januar, der zufolge Suniva-Paneele bei der neuesten - und bislang größten - Solaranlage von FLS Energy eingesetzt werden. Die 120 kW Anlage besteht aus über 500 Stück der ART-245 Module und steht neben dem Greenside Hangar des 1. Hubschrauber-Geschwaders der US-Marine in Quantico - Heimat des Marine One Hubschraubers des Präsidenten. Worauf Suniva natürlich besonders stolz ist. Neben diversen anderen Anlagen wird im Februar auch ein 1 MW Solarpark am Chattanooga Airport angeschlossen. Die von Inman Solar durchgeführte Installation ist die erste Phase eines 3 MW Projekts der Chattanooga Metropolitan Airport Authority (CMAA). Im April erreichen die ARTisun-Solarzellen aus der Produktion einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 19 %, und im Bundesstaat Tennessee wird das mit 5 MW bis dato größte Solarkraftwerk in Betrieb genommen. Entworfen und gebaut wird die West Tennessee Solar Farm von Signal Energy, Betreiber ist die University of Tennessee Research Foundation (UTRF).

Im Juli werden Vertriebspartnerschaften mit dem Großhändler AEE Solar und der Soligent LLC unterzeichnet, im September die Expansion in neue Märkte in Lateinamerika bekanntgegeben, und im Oktober die allgemeine Verfügbarkeit der neuen monokristallinen Optimus Module (265 W/60 Zellen und 310 W/72 Zellen) gemeldet. Im November wird Suniva von AlwaysOn als einer der GoingGreen Silicon Valley Global 200 Gewinner ausgewählt. Es ist der jüngste einer langen Reihe von Preisen, die das Unternehmen auf sein Ehrenregal stellen kann.

Im Januar 2013 zeichnet die Smart Energy Society der Technology Association of Georgia Suniva als Firma des Jahres aus, außerdem erhält das Unternehmen einen langfristigen Kredit in Höhe von 780.000 $ von der Export-Import Bank der USA – die uns in Verbindung mit dieser Firma ja schon mehrfach begegnet ist –, um den Export von Solarmodulen nach Mexiko zu finanzieren, wo in der Stadt Querétaro, auf dem Dach des wichtigsten Produktionswerkes der Grupo Metal Intra S.A.P.I. de C.V. (ein führendes Unternehmen der Fertigbau-Industrie), eine 500 kW Anlage installiert wird. Zu diesem Zeitpunkt bietet Suniva drei verschiedene monokristalline Module der Optimus Serie an, sowie zwei multikristalline Module der MV Serie.

Die Firma Twin Creeks Technologies Inc. (TCTI) wird im Januar 2008 im kalifornischen San Jose mit dem Ziel gegründet, Silizium-Dünnschichtzellen billiger zu machen als Zellen aus CdTe oder CIGS. Schon die erste Finanzierungsrunde A im Frühjahr 2008 bringt dem Unternehmen 13,1 Mio. $ von Crosslink Capital und Benchmark ein, im Herbst folgen durch die Finanzierungsrunde B weitere 52 Mio. $ von Artis Capital und DAG Ventures. Nun wird in Senatobia, Mississippi, für 175 Mio. $ eine 25 MW Fabrikationslinie aufgebaut. Der Bundesstaat unterstützt die Pläne mit insgesamt 54 Mio. $ in Form verschiedener Vorteile. Ein weiterer Standort des Unternehmens ist Boston, wo die Anlagen entworfen und gebaut werden.

Das neue Verfahren des Unternehmens soll die Produktionskosten für Solarzellen um 50 % senken, indem es deutlich dünnere Wafer aus kristallinem Silizium herstellt und damit die Menge des verwendeten Siliziums um fast 90 % reduziert. Bislang werden Siliziumblöcke oder -zylinder in 200 µm dicke Wafer zerschnitten, obwohl – zumindest theoretisch – auch eine Dicke von 20 – 30 µm ausreichen würde. Das Verfahren von Twin Creeks produziert Wafer mit einer Stärke von nur 20 µm, und dies, ohne daß dabei Abfälle produziert werden. Bei dieser Stärke ist das Silizium auch völlig flexibel. Die Firma rechnet damit, auf einen Preis von 40 US-Cent/W zu kommen.

Der Prozeß nutzt eine patentierte Ionen-Implantations-Maschine (Proton-Induced Exfoliation, PIE) namens Hyperion, welche verschiedene andere Fertigungseinrichtungen wie Sägen, Öfen usw. obsolet macht, was die Kosten noch weiter senkt. Bei der PIE-Technologie wird ein Wasserstoffion oder Proton auf 1,2 Millionen Elektronenvolt beschleunigt und in ein Kristall-Material – in diesem Fall Silizium – geschossen, wo es in einer definierten Tiefe zur Ruhe kommt. Die Wasserstoffionen ordnen sich in dieser Tiefe an, wo sie erwärmt werden. Daraus resultiert ein Wafer, der sich direkt entlang der Kristallebene von dem Substrat abspaltet. Die Protonenenergie bestimmt, wie tief die Protonen dringen und bestimmt somit die Dicke des Wafers. Der Protonen emittierende Ionen-Implantierer ist allerdings ein großes Stück Ausrüstung und muß aus Sicherheitsgründen gut abgeschirmt werden. Die mittels der neuen Technologie gefertigten Wafer lassen sich in bestehenden Produktionsanlagen weiterverarbeiten, weshalb sich der Hauptfokus des Unternehmens auf den Vertrieb der neuen Technologie und der dazugehörigen Fertigungsanlagen konzentriert, und weniger auf die Produktion eigener Solarzellen.

Im Dezember 2009 gibt Twin Creeks Pläne im Umfang von 250 Mio. $ für den Bau einer 100 MW Produktionsanlage in Ipoh, Malaysien, bis 2012 bekannt, die anschließend bis 2014 auf eine Produktionskapazität von etwa 500 MW jährlich erweitert werden soll. Gemeinsam mit den Partnern Perak State Development Corp. und deren Schwesterfirma The Red Solar wird das Joint-Venture Twin Creeks Malaysia gegründet, und im Dezember 2010 erfolgt der erste Spatenstich für die neue Fabrik durch den stellvertretenden Premierminister Tan Sri Muhyiddin Yassin persönlich.

Tatsächlich wird Twin Creek jedoch auch 2012 noch als ‚neues Startup’ gehandelt, obwohl es von seinen Investoren bislang rund 93 Mio. $ eingenommen hat. Das Unternehmen behauptet zwar im März, inzwischen ein kommerziell vertreibbares Produkt zu haben, bleibt einen Nachweis jedoch schuldig und nennt auch keinerlei Zahlen über den Wirkungsgrad, den seine Zellen erreichen. Die letzte Meldung stammt vom November 2012 und besagt, daß Twin Creek aufgibt und sein geistiges Eigentum, die Vermögenswerte und Ausrüstungen für magere 10 Mio. $ an GT Advanced Technologies in Nashua, New Hampshire, verkauft, einen großen Entwickler von Produktionsmaschinen für die Solarindustrie. GT wird außerdem Lizenzgebühren zahlen, je nach dem wie gut sich die Hyperion Technologie verkaufen läßt. Um diese Ende 2014 auf den Markt bringen zu können, arbeiten ehemalige Twin Creeks Mitarbeiter nun für GT an der Weiterentwicklung. Die Produktionsanlage in Mississippi will der neue Eigentümer nicht weiter in Betrieb halten.

Ein weiteres Unternehmen, das sich mit Solarzellen aus monokristallinem Silizium beschäftigt, ist die in Durham, North Carolina, beheimatete Firma Semprius Inc., ein 2005 (oder 2006) gegründetes Spin-out der University of Illinois, das bereits unter GaAs-Solarzellen sowie den CPV-Anlagen vorgestellt wurde – zwei Bereiche, in denen das Unternehmen ebenfalls aktiv ist und sein spezielles, patentiertes Mikrotransfer-Druckverfahren zum Einsatz bringt, mit dem auch LEDs, OLEDs, große Sensoren und anderes mehr hergestellt wird.

Im Oktober 2008 berichten John Rogers und sein Team von Forschern an der University of Illinois at Urbana-Champaign (Rogers ist Mitgründer der Semprius), daß sie nun herausgefunden haben, wie sich monokristalline Solarwafer dünn genug schneiden lassen, um flexibel und teilweise transparent zu werden – unter Beibehalt der hohen solaren Effizienz.

Die abgehobelten Silizium-Schichten sind 10 bis 100 mal dünner als konventionelle Wafer und werden anschließend auf Kunststoffsubstrate übertragen. Mit dem innovativen Herstellungsverfahren wird im Labor bereits ein Wirkungsgrad von 12 % erreicht. Rogers – gleichzeitig Gründer des Startups – läßt sich das Mikrotransfer-Druckverfahren von der Universität lizenzieren, hat allerdings noch keine Pläne dafür, die Technologie auch in Zusammenhang mit monokristallinem Silizium zu kommerzialisieren. Eventuell soll zur Weiterentwicklung die Lizenzierung an eine 3. Partei erfolgen.

Im Mai 2009 stellt der 2005 gegründete taiwanesische Solarzellenhersteller Neo Solar Power Corp. (NSP) in Hsinchu eine neuartige ‚Supercell’ auf Basis von monokristallinem Silizium vor, die einen Wirkungsgrad von 16,8 % erreicht, was sogar die bisherigen Werte von polykristallinen Siliziumzellen übertrifft. Grund hierfür seien eine bessere Absorption des Sonnenlichts sowie verbesserte Elektroden. Beim Beginn der Massenproduktion Ende 2005 waren erst 15,3 % erreicht worden. Der Jahresumsatz 2006 liegt bei 380 Mio. NT-$ (New Taiwan Dollars), doch schon 2007 springt er auf sehr beachtliche 3,66 Mrd. NT-$.

Die neuen Zellen aus der 90 MW FAB 1 in Hukuo, im Norden Taiwans, sind bereits an Hersteller in Deutschland und Italien zur Fertigung von 240 W PV-Modulen ausgeliefert worden. Im Oktober wird auf der Solar Power International eine neue vollquadratische (d.h. ohne abgeschnittene Ecken) mono-kristalline Solarzelle mit den Maßen 156 x 156 mm und einem Wirkungsgrad von 17,8 % vorgestellt, die den vielleicht etwas übertriebenen Namen ‚Perfect Cell’ trägt und ebenfalls umgehend lieferbar sei. Durch die größere Fläche soll die Moduleffizienz um 3 % angehoben werden können. Statt 220 W kann ein 60-Zellen-Modul von NSP daher 250 W leisten.

Im Juni 2008 hatte die Universal Semiconductor Corp. (USC), ein Polysilicon-Hersteller, 20 Mio. $ in die NSP investiert, die auch ein Mitglied der taiwanesischen PowerChip Group ist, nachdem NSP im Vorjahr einen Umsatz von 548 Mio. NT-$ gemacht hatte. Zeitgleich wird ein 5-Jahres-Vertrag in Höhe von 500 Mio. $ mit der Canadian Solar Inc. zur Belieferung mit mehreren 100 MW Solarzellen abgeschlossen. Dazu wird über Expansionspläne mit 4 Produktionslinien und einer Jahreskapazität von 120 MW gesprochen, wofür Investitionen von 3,5 – 4 ,0 Mrd. NT-$ erwartet werden. Die 2. Line am Hsinchu Science Park (FAB 2) war im Dezember 2007 gestartet, die 3. im März 2008, und im Juni geht nun auch die 4. Linie in Betrieb, womit eine Gesamtkapazität von 210 MW erreicht wird. Im Endausbau sollen hier pro Jahr Solarprodukte im Umfang von 600 MW hergestellt werden.

Im August unterzeichnet NSP mit der Centrotherm Photovoltaics eine Absichtserklärung, den Wirkungsgrad der Solarzellen über die nächsten drei Jahre um einen Prozentpunkt pro Jahr zu steigern, wofür NSP ungefähre 100 Mio. NT-$ investieren wird. Die Wirkungsgrade, die das Unternehmen zu diesem Zeitpunkt meldet, lauten 17 % für seine monokristallinen, und 15,8 % bei den multikristallinen Solarzellen. Mittelfristiges Ziel sind allerdings 20 %.

Im September erreichen der NSP-Produktionslinien einen Output von 120 % der geplanten Kapazität (!). Erweiterungen im Folgejahr sollen die Kapazität dann auf 510 MW anheben. Außerdem soll dann auch mit der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen begonnen werden – fürs erste in einem Umfang zwischen 30 MW und 60 MW. Ebenfalls im September wird mit der REC ScanWafer AS ein Einkaufsvertrag für Solar-Wafer mit einer Laufzeit von 7 Jahren und einem Volumen von 433 Mio. $ abgeschlossen. Ein weiterer langjähriger Vertrag mit der Firma WaferWorks (Mitbesitzerin der NSP, die seit 2006 Wafer liefert) hat ein Volumen von 543 Mio. $. Außerdem werden mehrere langfristige Lieferverträge, einschließlich eines ersten 5-Jahres-Vertrags über die Auslieferung von Solarzellen an einen Modulhersteller in Taiwan unterzeichnet.

Im Oktober 2008 folgt ein Fünf-Jahres-Vertrag im Wert von 210 Mio. $ mit dem italienischen Modulhersteller Solarday, der einen bereits bestehenden Drei-Jahres-Vertrag ergänzt und das vertraglich zwischen den beiden Unternehmen vereinbarte Gesamtvolumen auf 320 Mio. $ steigert, sowie ein ähnlicher Solarzellen-Liefervertrag mit der holländischen Scheuten Solar Technology GmbH, der zusammen mit zwei früheren Verträgen mit Scheuten den Gesamtumfang auf 460 Mio. $ anhebt. Der Jahresumsatz von NSP beträgt 10,18 Mrd. NT-$ - bei einem Nettogewinn von 831 Mio. NT-$.

Im Juni 2009 beschließt NSP die Emission von 30 Mio. weiterer Aktien, um die für die geplante Expansion auf 360 MW benötigten 800 Mio. NT-$ (~ 24,4 Mio. $) zu bekommen, und im Oktober meldet die Presse, daß NSP mit der Massenherstellung seiner monokristallinen ‚Perfect Cell’ (s.o.) begonnen habe, die inzwischen einen Wirkungsgrad von 17,8 % erreicht, während die ‚Supercell’ genannten multikristallinen Zellen eine Effizient von 16,8 % zeigen. Einen Monat später wird eine Partnerschaft mit der in Hongkong beheimateten Comtec Solar eingegangen, um für die ‚Perfect Cell’ gemeinsam auch einen ‚Perfect Wafer’ zu entwickeln. Im November wird auf dem NSP-Hauptquartier eine 18,62 kW Solaranlage installiert. Von den oben genannten Summen für die geplante Expansion auf 360 MW Abstand nehmend wird im Dezember davon ausgegangen, daß diese eher 2,7 Mrd. NT-$ (~ 83 Mio. $) kosten wird. Trotzdem kann die Finanzierung vollständig durch internes Kapital erfolgen, das durch flüssige Mittel in Höhe von 3,5 Mrd. NT-$ sowie rund 700 Mio. NT-$ aus laufender Geschäftstätigkeit gesichert wird.

Im April 2010 genehmigt der Aufsichtsrat eine Kapazitätserweiterung um zusätzliche 200 MW für etwa 1,4 Mrd. NT-$, sodaß mitsamt der gegenwärtigen Kapazität von über 240 MW NSP bald eine Produktionskapazität von insgesamt 800 MW besitzen wird. Im Juli wird dann entschieden, durch Ausgabe von 70 Mio. neuer Aktien 4,69 Mrd. NT-$ für den Kauf von Produktionsanlagen zu beschaffen. Im August organisiert sich NSP einen sogenannten Konsortialkredit in Höhe von 5 Mrd. NT-$, um die Anschaffungen und die Rohstoffbeschaffung zu finanzieren. In diesem Monat erfolgt auch der erste Spatenstich für die neue FAB 3 Produktionsstätte in Tainan, die voraussichtlich 30 Mrd. NT-$ (~ 938 Mio. $) kosten und in einem Jahr die Serienfertigung beginnen wird. Ihre volle Kapazität von 3,2 GW soll die Tainan-Anlage dann in den nächsten drei bis vier Jahren erreichen. Ebenfalls im August wird mit dem chinesischen Solarwafer-Hersteller ReneSola Ltd. eine dreijährige Wafer-Liefervereinbarung über 434 MW unterzeichnet, die auch Material von Solartech Energy umfaßt). ReneSola wird 141 MW monokristalline Silizium-Wafer liefern, während Solartech im gleichen Zeitraum 293 MW mulikristalline Wafer beisteuern wird.

Im Oktober folgt ein weiterer Vertrag mit dem chinesischen Solarunternehmen GCL-Poly Energy Holdings Ltd., dem landesweit größten Produzenten von Polysilizium, über 350 MW Solar-Wafer. Neo Solar Power stellt in diesem Monat auch eine neue Generation von Hochleistungs-Solarzellen vor: die multikristallinen ‚Super 17’ Zellen – sowie die monokristallinen ‚Perfect 18’ Zellen. Das Unternehmen gilt zu diesem Zeitpunkt als drittgrößter Solarzellen-Hersteller Chinas - nach den Firmen Motech Industries Inc. und Gintech Energy Corp. Im November folgen ein Solarzellen-Liefervertrag mit dem kanadischen Module-Hersteller Day4 Energy Inc., sowie Verträge mit den südkoreanischen Firmen Osung LST Co. und Hankook Silicon Co., welche die Versorgung mit 11.600 Tonnen Polysilizium zwischen 2011 und 2017 sicherstellen sollen. Mit der chinesischen ET Solar Group wird im Dezember ein dreijähriger Liefervertrag geschlossen. Die Gesamtjahresumsatz 2010 beträgt 20,15 Mrd. NT-$, der Nettogewinn 2,74 Mrd. NT-$, und verschifft wurden über 500 MW. Mit Jahresende erreicht NSP eine Produktionskapazität von 820 MW.

Im Juli 2011 kündigt NSP den Abschluß einer Emission von 20 Mio. Aktienzertifikaten (global depositary receipt, GDR) in Höhe von 132,4 $ an, um mit dem Geld weitere Produktionsmaschinen und -materialien zu erwerben. Die gegenwärtige Produktionskapazität beträgt 1,3 GW. Im September stellt NSP auf der EU PVSEC in Deutschland die neuen monokristallinen Solarzellen ‚Black 19’ vor – und im Oktober auf der PV Taiwan hocheffiziente monokristalline Solarzellen ‚Perfect 19’. Im Dezember gilt NSP als die weltweite Nummer 4 unter den Solarzellen-Firmen. Der Umsatz des Jahres 2011 beträgt 20,577 Mrd. NT-$, doch diesmal wird erstmals ein Nettoverlust von 2,898 Mrd. NT-$ ausgewiesen.

Auf der PV EXPO im Februar 2012 in Tokio zeigt NSP eine neue monokristalline Hocheffizienz-Solarzelle ‚NeoMono’, die eine durchschnittliche Effizienz > 18 % bei Spitzen von 18,5 % erreicht. Im Mai wird bekanntgegeben, daß NSP mit einem (ungenannten) Kunden zusammenarbeitet, um die 6 " Zellen des Unternehmens unter Einsatz der Black19 Technologie bis zu einer Effizienz von 19,81 % zu optimieren. Diese Black19+ Zellen werden auf der SNEC in Shanghai vorgestellt und sind bereits seit dem 1. Quartal in Produktion, wo sie 19,4 % erreichen, während die multikristallinen Super18 Zellen derweil bei 18,3 % angelangt sind.

Im Dezember wird eine strategische Kooperation mit der Delta Electronics Inc. verkündet, bei der NSP im ersten Schritt 15 % der Anteile an der 54 %-igen Tochter DelSolar Co. erwirbt. Die Delta Group ist ein weltweit führendes Unternehmen für Stromversorgung und thermische Lösungen, und die Zusammenarbeit soll das Zellen- und Modulgeschäfte von NSP und DelSolar konsolidieren, das künftig nur noch unter dem Namen der Neo Solar Power laufen wird. Delta Electronics hält an dem verschmolzenen Unternehmen rund 17 % und ist damit größter Einzelaktionär. NSP hat derzeit eine Solarzellen-Produktionskapazität von 1,3 GW, sowie durch ihre Tochtergesellschaft General Energy Solutions eine Modulkapazität von 60 MW. DelSolar wiederum besitzt eine Solarzellen-Kapazität von 600 MW und eine Modulkapazität von 180 MW sowie die Beteiligung am nachgeschalteten Anlagengeschäft. Das fusionierte Unternehmen hat demzufolge eine Zellen-Kapazität von beinahe 2 GW und eine Modul-Kapazität von 240 MW – und wird damit zum größten Solarzellenhersteller in Taiwan und zum zweitgrößten weltweit. Der Umsatz 2012 wird mit 12,241 Mrd. NT-$ beziffert, der Nettoverlust nach Steuern 4,193 Mrd. NT-$.

Die 2001 im kanadischen Ontario von Dr. Shawn Qu gegründete Canadian Solar Inc. (CSI) erzielt im November 2009 neue Effizienzrekorde von 18,5 % für monokristalline und 17 % für multikristalline Zellen mit den Maßen 125 x 125 mm (5 “) oder 156 x 156 mm (6 “). Die bereits auf dem Markt erhältlichen beiden Modulreihen CS5A und CS5P von Canadian Solar leisten 190 - 250 W. Module mit der neuen Technologie namens Enhanced Selective Emitter (ESE), die besonders auf Licht im Super-Blau-Bereich reagiert, sollen Anfang nächsten Jahres auf den Markt kommen.

Das Unternehmen gilt als führender vertikal integrierter Hersteller von Ingots, Wafern, Solarzellen, Solarmodulen, Solarsystemen und speziellen Solarprodukten – es ist auch der erste PV-Hersteller, der ISO zertifiziert wurde. Bereits im Jahr 2002 erfolgt die erste Lieferung von Solarstromerzeugnissen an Audi-Volkswagen, und 2005 die Fertigstellung des 1. Solarstromkraftwerks in Jiangsu, China. 2006 geht Canadian Solar an die Börse, und Ende 2007 erreicht das Unternehmen eine Solarzellen-Jahresproduktionskapazität von 100 MW.

Anfang 2008 wird in Changshu, China, eine große Modulfertigungszentrale – und in Babenhausen, Deutschland, ein Europastandort eröffnet. Im Mai erfolgt der Abschluß des 66 kW BIPV-Modulprojekts für die Olympischen Spiele 2008 in Peking, mit dem die Lampen entlang des Olympic Boulevard versorgt werden, und im August geht in Majora, Spanien, eine 15 MW Solarfarm mit CSI-Modulen in Betrieb. Gleichzeitig startet in Luoyang die Phase I des Ingot-Wafer-Projekts mit einer Kapazität von 150 MW. Im November wird in Seoul eine koreanische Tochtergesellschaft gegründet, und im Dezember startet die Phase II der Solarzellenproduktion mit einer Kapazität von 170 MW, wodurch die Gesamtkapazität auf 270 MW ansteigt. Die Modulkapazität soll bereits 600 MW betragen, und CSI gilt zu diesem Zeitpunkt als eines der 10 am schnellsten wachsenden Unternehmen in Asien. Der Gesamtumsatz 2008 betrug 705 Mio. $, was einem Wachstum von 133 % gegenüber 2007 entspricht.

Im Januar 2009 erfolgt die Gründung des ersten regionalen PV-Zellen-Forschungszentrums an der Solarzellenfabrik Fab II in Jiangsu, Suzhoun, das rund 10 Mio. $ kostet und bereits einen Monat später eröffnet wird, während gleichzeitig in San Ramon, Kalifornien, die neue Niederlassung in den USA entsteht, wo CSI seit 2007 eine Tochtergesellschaft hat. Das Unternehmen hat bereits laufende Forschungsprogramme mit DuPont, der University of Toronto und der Shanghai Jiao Tong University. Die Partnerschaft mit DuPont konzentriert sich auf die Verbesserung der Zellen und soll innerhalb von vier Jahren den Wirkungsgrad signifikant steigern und die Kosten verringern. Ziel ist es, bereits in einem Jahr mit den monokristallinen Zellen auf 18,5 % zu kommen, was dann ja auch klappt (s.o.). Im April wird ein Liefervertrag über 5 MW Module mit der Helio Micro Utility geschlossen, außerdem wird CSI in einem Bieterverfahren ausgewählt, um 80.000 PV-Systeme für ländliche Haushalte in der Provinz Sichuan in China zu liefern. Das gesamte Auftragsvolumen des vom Ministerium für Landwirtschaft initiierten und von der Landesregierung Sichuan finanzierten Projekts beträgt 1,6 MW. Die Solar-Home-Systeme sind jeweils für eine maximale Kapazität von 20 W ausgelegt. Ein System dieser Größe kann zwei Leuchten und einen kleinen Fernseher versorgen. Im Mai folgt eine neue Vertriebsvereinbarung mit dem koreanischen Systemintegrator Topinfrasolar über weitere 5 MW, nachdem dieser seit Beginn des Jahres schon Module für fünf Projekte mit insgesamt ca. 3 MW bezogen hatte.

Im Juni wird die Garantiezeit auf Module von zwei auf sechs Jahre verlängert, und im August bekommt CSI vom Verwaltungskomitee der Baotou National Rare Earth Hi-Tech Industrial Development Zone das Recht eingeräumt, in der Provinz Baotou, Innere Mongolei, ein 500 MW Solarkraftwerk in drei Phasen zu bauen und zu betreiben. In der ersten Phase, voraussichtlich von September 2009 bis Dezember 2011, sollen 100 MW installiert werden, in der zweiten und dritten Phase dann jeweils weitere 200 MW. Im September folgt eine Technologieentwicklungs- und -transfer-Vereinbarung mit dem Energy Research Center der Niederlande (ECN), um die Metall-Wrap-Through-Technologie (MWT) in die Fertigungslinien von CSI zu implementieren. Bei MWT-Solarzellen liegt der Busbar auf der Rückseite der Solarzelle, womit Abschattungsverluste reduziert werden und eine vollständig einseitige Verschaltung im Modul ermöglicht wird (s.u.). Im selben Monat wird der Hauptsitz des Unternehmens nach Kitchener, Ontario, verlegt. Im Oktober folgen zwei Verträge zur Belieferung mit Solarmodulen, 28 MW sollen an die deutsche Iliotec und 60 MW an die ebenfalls deutsche Systaic AG gehen. Außerdem wird CSI im Laufe des Jahres 2009 Mitglied der Initiative PV Cycle.

Das Jahr 2010 beginnt mit einer Meldung im Februar, der zufolge CSI ein Joint-Venture und Vertriebsabkommen mit der japanischen West Holding Ltd. abschließt. Mit dem Vertrag übernimmt der neue Partner 14 % der Aktien von Canadian Solar Japan, der japanischen Tochterfirma von CSI, welche die restlichen 86 % hält. West Holding will nun die Hausdach-Solarsysteme von CSI in Japan vertreiben. Die Auslieferung der Module begann bereits im Dezember des Vorjahres. Mit der Fire Energy Group (die trotz ihres Namens ein Systemintegrator ist) wird ein 60 MW Liefervertrag abgeschlossen. Im März wird die Canadian Solar Deutschland GmbH gegründet, wonach auch der deutsche Firmensitz von Babenhausen im Allgäu nach München velegt wird. Auf der Intersolar im Juni 2010 präsentiert CSI zahlreiche Innovationen, darunter das 300 W Power-Modul CS6X, das es in fünf verschiedenen Ausführungen und sowohl als mono- wie auch polykristalline Version gibt, sowie das neue BIPV-Modul ClearPower CS5A, bei dem ebenfalls zwischen einer mono- und einer polykristallinen Variante gewählt werden kann. Außerdem läßt sich der Transparenzgrad von 10 % bis 40 %, und damit auch die Schattenstärke, bestimmen.

Im August sponsert CSI das ZERO Race, ein internationales, emissionsfreies Elektroautorennen rund um die Welt. Initiator ist mein Schweizer Freund Louis Palmer, der als erster mit seinem Solartaxi die Welt umrundet hat. Diesmal starten vier Teams, welche die über 30.000 km lange Strecke allerdings – in memoriam Jules Verne – in nur 80 Tagen schaffen wollen. Mehr dazu unter Elektromobilität – Wettbewerbe, Rennen und Rekorde. Auch das Eishockey-Team des EHC München wird von CSI gesponsert – was nur auf den zweiten Blick seltsam erscheint... schließlich ist Eishockey der kanadische Nationalsport Nummer eins – und CSI ein kanadisches Unternehmen.

Zeitgleich gibt CSI den Standort und die nächsten Schritte für den Aufbau eines neuen Produktionsstandortes für Solarmodule im kanadischen Ontario bekannt. Das 200 MW Werk in Guelph soll Anfang 2010 den Betrieb aufnehmen, die Entwicklung erfolgt durch Canadian Solar Solutions Inc., ein 100 %-iges Tochterunternehmen der CSI. Im November geht in Rovigo, Italien, die von SunEdison entwickelte und von Isolux Corsán errichtete 72 MW Rovigo Photovoltaic Power Plant in Betrieb, die 276 Mio. € gekostet hat und zum Zeitpunkt ihres Entstehens als größte Anlage in Europa gilt. Im Dezember verkünden CSI und SkyPower ein Abkommen über 18,5 MW: ein 10,5 MW Solarpark in Napanee (47.710 multikristalline Module) und ein 8,5 MW Solarpark in Thunder Bay (36.972 monokristalline Module), beide in Ontario. Die Finanzierung übernimmt die Deutschen Bank. Im Laufe des Gesamtjahres 2010 liefert CSI über 800 MW aus.

Im Februar 2011 liefert Canadian Solar gemeinsam mit Energy Resources Solarmodule für den Bau des SolarLAB2 der Firma Baraclit in der Nähe der Stadt Arezzo, Italien. Das Freiluft-Laboratorium soll die Integration der PV-Technologie für Fertig-Dachanlagen untersuchen. Die innovativste Aufdach-Anlage mit einer Gesamtspitzenkapazität von 2,5 MW ist in insgesamt vier Bereiche unterteilt. Von der Gesamtfläche von 31.700 m² sind 17.000 m² mit CSI-Solarmodulen bestückt. Etwa 58 % der Module wurden mit multikristallinen Zellen produziert, 42 % mit monokristallinen Zellen. Im selben Monat wird mit der S.A.G. Solarstrom AG aus Freiburg i. Br. ein Liefervertrag über 60 MW abgeschlossen. Im April folgt ein Lieferabkommen für Solarmodule im Umfang von 97 MW mit der GP Joule GmbH, einem nordfriesischen, international aktiven Projektierer und Generalunternehmer, und im Mai über 81 MW mit der saferay GmbH, einem in Berlin ansässigen Unternehmen, das seit Mitte 2010 PV-Großkraftwerke plant und errichtet. Mit der Fire Energy Group wird die Lieferung von Solarmodulen im Gesamtumfang von 100 MW vereinbart. Im Juni werden 35.000 Solarmodule für eine 8 MW PV-Anlage des französischen Projektierers EOSOL Energies Nouvelles und des staatlichen, französischen Finanzinstituts Caisse des dépôts et consignations in Villeneuve de Marsan in Frankreich ausgeliefert, sowie 3,4 MW für den Solarpark Mallersdorf im Landkreis Straubing-Bogen, Deutschland. Mit dem spanischen Projektentwickler Isolux Corsán wird ein 40 Mio. € Vertriebsabkommen für drei 5 MW Solarparks in in Churchtown, East Langford und Manor Farm im englischen Cornwall geschlossen. Außerdem stellt CSI auf der Intersolar in München seine neue Solarzellentechnologie ELPS vor (Efficient, Long-Term Photovoltaic Solution), mit welcher die Effizienz monokristalliner Zellen auf bis zu 19,5 % sowie die polykristalliner Zellen auf bis zu 18 % steigt. Die Auslieferung von Solarmodulen mit der neuen Technologie ist für das vierte Quartal 2011 geplant.

Im August wird CSI mit 8 MW Hauptmodullieferant für ein 10,7 MW Solarkraftwerk von EOSOL Energies Nouvelles in Saint-Leger im Südwesten Frankreichs. Mit der Cirus Solar Systems Private Ltd. mit Sitz in Hyderabad in Indien wird ein Vertriebsabkommen für die Lieferung von Solarmodulen im Umfang von 33 MW vereinbart. Außerdem wird CSI „offizieller exklusiver Photovoltaik-Sponsor“ der Bundesligisten Hannover 96 und 1. FC Nürnberg. Ebenfalls im August wird die 3,6 MW Aufdachanlage des alpincenters Hamburg-Wittenburg im Westen von Mecklenburg-Vorpommern in Betrieb genommen, die aus knapp 18.600 CSI-Solarmodulen auf einer Fläche von 13.400 m² besteht. Der niederländische Investor Horizon Energy steckt 4 Mio. € in das Projekt, das sich in 8 bis 10 Jahren amortisieren soll. Der Besitzer der Skihalle – eine der größten Europas –, die Dutch Van der Valk Group, profitiert auch davon, daß die Solarpaneele das Dach abschatten. Denn alleine der Verschattungseffekt unterhalb der Solaranlage soll den Stromverbrauch für die Kühlung um bis zu 15 % reduzieren. Durch die Installation kann der Betrieb an 365 Tagen im Jahr allein mit dem selbst produzierten Strom gewährleistet werden. Geplant und umgesetzt wird das Projekt von der Hamburger Projektgesellschaft Dr. Metje Consulting.

Im September eröffnet Ministerpräsident Matthias Platzeck das 166 MW Solarkraftwerk Senftenberg II/III im südlichen Brandenburg, das in drei Monaten (!) auf 352 Hektar Fläche des ehemaligen Braunkohletagebaus Meuro im ostdeutschen Schipkau bei Senftenberg errichtet worden ist, und das zu dieser Zeit als größter zusammenhängender Solarkomplex der Welt gilt, der 67.000 Haushalte versorgen kann. Der Löwenanteil von 148 MW stammt von CSI und seinen beiden Partnern saferay GmbH und GP Joule GmbH (636.000 kristalline Solarmodule)... und die Luftbildaufnahme von Dieter Rosenhahn. Auf der EU PVSEC 2011 in Hamburg werden erstmals die neuen ELPS-Module mit Wirkungsgraden von bis zu 19,5 % präsentiert. Ebenfalls gemeinsam mit saferay wird im Dezember in Lindenhof bei Neubrandenburg, Mecklenburg-Vorpommern, eine 8,5 MW Solaranlage fertiggestellt. Im Dezember liefert CSI Solarmodule für 9 MW Projekt der OPDE-Gruppe in Ablitas in der spanischen Region Navarra, und mit Siemens Energy wird ein Lieferabkommen über 2,5 MW für zwei Solarsysteme für die Universität Murcia in Spanien geschlossen: eine Aufdachanlage sowie ein Carport.

Im Laufe des Jahres 2011 beginnt CSI mit der Fertigung im Werk in Ontario mit einer Jahresproduktionskapazität von über 200 MW. Damit erreicht das Unternehmen eine Produktionskapazität von über 2,05 GW, und rangiert als gegenwärtig fünftgrößten Produzent der Welt. Ausgeliefert werden 2011 Module im Umfang von 1.323 MW, während der Nettoumsatz 1,9 Mrd. $ beträgt.

Im Februar 2012 wird mit der Al Fahad Group ein Lieferabkommen für ein 1,5 MW Solarprojekt in Abu Dhabi vereinbart, und in Plovdiv, der zweitgrößten Stadt Bulgarien, geht auf dem Gelände des führenden bulgarischen Lebensmittel- und Getränkekonzerns Philicon 97 SA ein 3,3 MW Solarkraftwerk mit multikristallinen Modulen ans Netz. Im April startet eine 8 MW Solarfarm in Villeneuve de Marsan, Frankreich. Im Mai meldet die Presse, daß die ELPS Zelltechnologie bei monokristallinen P-Typ-Zellen im Labor bereits Wirkungsgrade von 21,1 % erreicht. Zeitgleich geht in Dreieich-Buchschlag der mit 8 MW und über 40.000 CSI-Modulen bislang größte Solarpark Hessens in Betrieb. Im Juni geht im bulgarischen Balakli eine 4,1 MW Anlage ans Netz – und CSI liefert ELPS-Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 1 MW für eine von Nordwest Solar projektierte Forschungs- und Versuchsanlage für Solarmodule in Werlte, Emsland. Initiiert wird die Versuchsanlage mit einer Gesamtleistung von rund 2 MW, in der verschiedene Eigenschaften von Solarmodulen getestet werden sollen, um neue Erkenntnisse für die Effizienzsteigerung zu finden, durch das Institut für Erneuerbare Energien GmbH & Co. KG (IEE), das 3N-Kompetenzzentrum Niedersachsen Netzwerk Nachwachsende Rohstoffe und die Gemeinde Werlte.

Ab Juli werden keine deutschen Pressemeldungen mehr veröffentlicht, der Grund hierfür ist nicht ersichtlich. Im August geht mit rund 50.000 Modulen die Canadian Solar 1 Farm nahe der Stadt Napanee im Osten Ontarios ans Netz, die von CSI für etwa 48,4 Mio. $ an Stonepeak Infrastructure Partners verkauft wird. An groSolar gehen mehr als 8 MW Module für drei Anlagen, von denen eine 6 MW in Lancaster County, Pennsylvania, im Bau ist, während eine 1,8 MW Anlage in Camden, New Jersey, und eine 1,5 MW Anlage in Kennett Square, Pennsylvania, bereits in Betrieb sind. Die CSI- Tochtergesellschaft Canadian Solar Solutions Inc. schließt mit der Penn Energie Renewables Ltd. einen Komplett-Vertrag für zwei Solarparks in Ontario mit zusammen 18,7 MW ab. Und CSI selbst unterzeichnet mit der China Development Bank einen Kreditvertrag in Höhe von 93,8 Mio. $, um damit den Erwerb einer Mehrheitsbeteiligung an 16 Solarprojekten der ehemaligen SkyPower Ltd. mit 190 MW – 200 MW Gesamtleistung mitzufinanzieren, die CSI 186,6 Mio. $ kosten wird.

Im Oktober 2012 bekommt CSI von dem US-Wirtschaftsministerium auf in China hergestellte kristalline Silizium-Zellen bzw. -Module Antidumping-Zölle in Höhe von 15,42 % sowie Ausgleichszöllevon 15,24 % aufgebrummt. In Lancaster County, Pennsylvania, wird die von Community Energy Solar entwickelte und von groSolar errichtete 5 MW Keystone Solarfarm eingeweiht, bei der 20.000 CSI 290 W Module zum Einsatz kommen. Mit Redset, einer Vertriebsgesellschaft für Solar-Produkte mit einem Netz von über 1.000 lizenzierten Installateuren in Australien, wird eine Liefervereinbarung für über 20 MW Hochleistungs-Solarmodule geschlossen; der Vertrag mit der Penn Energie (s.o.) wird um einen weiteren 10 MW Solarpark in Ontario erweitert; und für die San Fermin Solarfarm in Loiza, Puerto Rico, werden 26 MW Module an den Contractor TSK Solar geliefert. Da die Region regelmäßig von Wirbelstürmen und Überschwemmungen heimgesucht wird, werden die Module in 2 – 4 m Höhe über dem Boden installiert, und sind auch so konzipiert, daß sie Windgeschwindigkeiten von bis zu 260 km/h standhalten. Im Dezember erwirbt die Tochtergesellschaft Canadian Solar Solutions Inc. eine Mehrheitsbeteiligung an zwei Solarstrom-Projekten von SunEdison in Ontario mit einer Gesamtleistung von rund 24 MW, nebst der Option auf zwei weitere Projekte mit zusammen 22,5 MW. Die Mutterfirma meldet derweil, daß die Deutsche Bank einer kurzfristigen Baufinanzierung in Höhe von 139 Mio. $ zugestimmt habe, die mit dem Erlös aus dem Verkauf der jeweilig finanzierten Projekte zurückgezahlt werden soll. Dabei handelt e sich um fünf Solarfarmen in Ontario, mit einer Gesamtleistung von 49 MW. Entsprechend eines bereits im Dezember des Vorjahres unterzeichneten Vertrags werden die Anlagen nach Fertigstellung von der TransCanada Corp. gekauft.

Im Laufe des Jahres 2012 werden 1.543 MW Solarmodule verschifft, und der Nettoumsatz beträgt 1,3 Mrd. $.

Im Januar 2013 werden durch das Team von POWER-GEN International auf der Renewable Energy World Conference & Expo North America die besten (auch fossilen)Energieprojekte der Welt ausgezeichnet. Als bestes Solarprojekt des Jahres 2012 setzt sich der Solarpark Senftenberg (s.o.) gegen 43 Bewerber weltweit durch. Die Tochter Canadian Solar Solutions Inc. unterzeichnet einen 10 MW Module-Liefervertrag mit der Algonquin Power Co. für eine Solarfarm in Cornwall, Ontario, während CSI von der Credit Suisse ein kurzfristiges Darlehen von bis zu 40 Mio. $ erhält, um die bereits zuvor angekündigte Übernahme von 4 Solarprojekten in Ontario zu finanzieren. Im Februar geht in Middle Creek, Willow Springs in Wake County, North Carolina, die 6,4 MW Solarfarm Fuquay in Betrieb. Es ist das erste Projekt von insgesamt rund 85 MW, aufgeteilt in 15 Anlagen, das CSI gemeinsam mit der Firma Strata Solar in North Carolina entwickelt, in die CSI auch investiert. Die jüngste Meldung bei diesem Update stammt vom April und besagt, daß ein Bundesgericht in New York die Sammelklage gegen die Gesellschaft abgewiesen hat, deren Kläger behauptet hatten, daß CSI im Jahr 2009 und Anfang 2010 falsche oder irreführende Angaben über seine Finanzlage gemacht hätte.

Weitere Verweise zu monokristallinen Solarzellen:

Auch die 1996 gegründete Solon AG ist ein Hersteller von monokristallinen und polykristallinen Dünnschicht-Solarmodulen sowie Anbieter von schlüsselfertigen Solargroßkraftwerken. Mehr über das Unternehmen findet sich bei den multikristallinen Solarzellen sowie unter Silizium-, Solarzellen- und Module-Hersteller (II): Solon.

Mit Solarzellen aus monokristallinem Silizium beschäftigt sich außerdem die Q-Cells AG in Bitterfeld-Wolfen, die Ende 1999 gegründet wurde, um ursprünglich multikristalline Solarzellen auf der Grundlage gekaufter Siliziumwafer herzustellen. 2003 führt das Unternehmen aber auch die erste monokristalline Solarzelle Q6M auf dem deutschen Markt ein, und ist 2006 – mit einer Produktionskapazität von 280 MW – weltweit die No. 2 im Bereich der Herstellung von mono- und multikristallinen Solarzellen. Daneben erschließt Q-Cells auch neue Geschäftsfelder im Bereich der Dünnschicht- und der CIGS-Technologie.

Am Hauptsitz in Thalheim wird im Juli 2011 die Fertigung der monokristallinen Q.PEAK Hochleistungsmodule auf einer 130 MW Produktionslinie gestartet, mit der bei voller Auslastung pro Tag 1.400 Solarmodule in Leistungsklassen von 245 – 260 W gefertigt werden können, was pro Jahr rund 511.000 Modulen und einer Gesamtfläche von rund 122 Fußballfeldern entspricht. Die monokristallinen Solarzellen von Q-Cells erzielen zu diesem Zeitpunkt Wirkungsgrade von bis zu 18,8 %, die multikristallinen Solarzellen bis zu 17,4 %.

Im März 2012 stellt Q-Cells gemeinsam mit dem Institut für Solarenergieforschung Hameln (ISFH) eine n-Typ-EWT-Solarzelle (Emitter-Wrap-Through) vor, die im Rahmen des BMU-geförderten Forschungsprojektes ALBA II entwickelt worden war. Das Zellkonzept auf monokristallinem n-Typ-Czochralski-Silizium und in einem Waferformat von 156 × 156 mm erreicht einem Rekordwirkungsgrad von 21 %. Bei der neuen Zelle wird der Bor-dotierte Emitter mittels Laserstrukturierung definiert und mit einer Siliziumnitrid-Aluminiumoxid-Doppelschicht optimal passiviert.

Als weltweit erstes Photovoltaik-Unternehmen übertrifft Q-Cells im Juli die 300 W Marke für 60-Zellen-Module, da es mit seiner Q.ANTUM Zelltechnologie eine Rekordleistung von 301 W erzielt, die vom Fresenius Prüfinstitut in Dresden bestätigt wird. Die zugrundeliegenden Zellen aus 180 µm dicken, monokristallinen, n-dotierten Siliziumwafern erreichten dem Unternehmen zufolge einen Wirkungsgrad von 21 %. Unter Silizium-, Solarzellen- und Module-Hersteller (III) findet sich mehr über Q-Cells (s.d.).

Eine überraschend klingende Meldung im Dezember 2009 besagt, daß es Forschern der University of Minnesota (UM) in Minneapolis mit einem neuartigen Prozeß gelungen sei, Solarzellen dazu zu bewegen sich selbst zusammenzusetzen.

Robert Knuesel und Heiko Jacobs stellen mikrostrukturierte Solarzellen aus monokristallinem Silizium her, indem sie eine präparierte Folie aus einem ‚verunreinigten’ Öl-Wasser-Bad herausziehen. Bei der Verunreinigung handelte es sich um 20 bis 60 µm große Siliziumwürfel, die auf einer Seite mit einer Goldschicht als Kontaktierung überzogen sind. Während die Goldseite ihrerseits eine hydrophile Beschichtung hat, trägt die Siliziumoberfläche einen wasserabweisenden Überzug. Wird dieser Siliziumstaub in ein Gemisch aus Öl und Wasser gegeben, sammeln sich die winzigen Würfel aufgrund der Oberflächenspannung an der Grenzschicht der beiden Flüssigkeiten, wobei die Goldseite nach unten ins Wasser getaucht ist. Aus dem Flüssigkeitsgemisch wird dann eine mit Kunststoff beschichtete Kupferfolie gezogen, deren Beschichtung schachbrettförmig angeordnete Löcher besitzt, die mit einem Niedertemperatur-Lötmittel aufgefüllt und etwa so groß sind wie die Würfelflächen.

Sobald sich die Folie mit einer Geschwindigkeit von etwa 30 mm/s wie ein Förderband durch die Grenzfläche von Wasser und Öl nach oben gezogen wird, nimmt sie die dort an der Kontaktlinie schwimmenden Würfel mit, die sich von selbst mit ihrer Goldseite auf die lotgefüllten Löcher setzen. Bei einer Temperatur des Tauchbades von 95°C ist das Lot flüssig, wodurch es einen guten elektrischen Kontakt mit der Goldseite bilden kann.

Durch dieses Selbstmontage-Verfahren gelingt es, flexible, monokristalline Solarzellen herzustellen, die 90 % weniger monokristallines Silizium enthalten als herkömmliche Solarzellen. Zudem arbeitet der Prozeß sehr schnell: binnen 45 Sekunden können 62.500 Komponenten elektrisch verbunden werden. Bislang gibt es noch keine Informationen darüber, ob das Verfahren, bei dem auch Einkristall-Silizium verwendet werden kann, weiterentwickelt wird.

Im September 2010 wird auch aus dem MIT von einer selbstmontierenden Solarzelle berichtet, bei der allerdings organische Mechanismen zum Einsatz kommen. Mehr dazu unter Technische Photosynthese.

Anm.: Weiteres noch in Arbeit, wird gelegentlich nachgereicht

Multikristallines Silizium (mc-Si)

Multi- oder polykristallines Silizium wird ähnlich wie monokristallines Silizium durch verschiedene Veredelungsprozesse aus Quarzsand gewonnen, den die Erde in nahezu unerschöpflicher Menge bereitstellt. Multikristallines Silizium besteht aus vielen einzelnen kleinen Siliziumkristallen, ist ungiftig und kann aus minderwerigem Silizium verfeinert werden. In der Literatur erscheint das multikristallines Silizium häufig auch unter dem Namen Polysilicon.

Hergestellt wird multikristallines Silizium, indem halbleiterreines Silizium im Unterdruckbereich unter Schutzglas aufgeschmolzen und dann in sogenannte Kokillen gegossen wird, in denen es unter Temperaturzuführung gerichtet erstarrt. Die Abkühlung nach der Schmelze bedingt, daß sich die für das Material charakteristischen gröberen Kristallstrukturen bilden. Die erkalteten Blöcke werden mit feinsten Sägen zu Säulen und dann in etwa 250 - 350 µm dünne Scheiben (Wafer) zersägt und anschließend gereinigt. Diese Herstellungsweise weist eine hohe Produktivität und Energieausbeute aus.

Multikristalline Zellen haben mit Durchschnittswerten von 13 % bis 16 % zwar einen etwas geringeren Wirkungsgrad als monokristalline Zellen, sind dafür aber preisgünstiger und bilden daher anfänglich den größten Anteil unter allen Solarzellen-Arten. Sie sind nach ihrer Entspiegelung an der Blaufärbung zu erkennen.

In Deutschland wird die Weiterentwicklung multikristalliner Zellen in den 1960er und 1970er Jahren vor allem von Siemens und AEG betrieben. Ein wichtiger Schritt ist die Herstellung von großflächigen polykristallinen Siliziumzellen durch die Firma Wacker-Chemitronic in Burghausen, die in Zusammenarbeit mit AEG-Telefunken in Heilbronn zu diesem Zeitpunkt als weltgrößter Hersteller für Zellen-Silizium gilt, das in Wedel zu weltraumtauglichen Solarzellen weiterverarbeitet wird. Die ersten Satelliten, die damit ausgestattet werden sind AZUR 1 (1968) und INTELSAT 4 (1970). Ende 1977 wird beim BMFT ein achtjähriges Forschungsprogramm mit einem Volumen von 160 Mio. DM angemeldet, und schon im Oktober desselben Jahres entsteht in Wedel die erste vollautomatische Fertigungsstrecke der Welt. Um 1983 bringt die Wacker-Chemitronic-Tochter Heliotronic GmbH ein neues Ausgangsprodukt für polykristalline Solarzellen namens SILSO (Silizium Sondermaterial) auf den Markt. Einen Großteil der weiteren Entwicklung habe ich bereits im Kapitel über die  photovoltaische Nutzung 1973 - 1994 ff. beschrieben.

Ende der 1990er Jahre gilt die japanische Kyocera Corp. als Weltmarktführer, die 1959 als kleines Unternehmen gegründet wurde um Keramikisolatoren herzustellen, die bei frühen Fernsehbildröhren zum Einsatz kamen. Die ersten Solarzellen liefert das Unternehmen im Jahr 1975 aus, wobei es von der Japan Solar Energy Corp. (JSEC) finanziert (oder subventioniert?) wird, da die Solarzellen noch sehr teuer sind. Im Jahr 1982 startet die Massenproduktion von polykristallinen Siliziumzellen, und 1989 stellen die Ingenieure des Unternehmens 15 x 15 cm große polykristalline Solarzellen mit einer Effizienz von 14,5 % vor. 1990 steht das Unternehmen mit 27 % Marktanteil an zweiter Stelle nach Sanyo.

Kyoceras soziales Engagement nimmt 1983 in dem pakistanischen Dorf Kankoi seinen Anfang - und 1985 in der chinesischen Provinz Gansu. Parallel dazu wird eine Reihe von Projekten realisiert, bei denen es um die Bewässerung landwirtschaftlicher Anbauflächen, die Kühllagerung von Impfmitteln und die Stromversorgung für medizinische Einrichtungen geht. Um die Forschung & Entwicklung voranzutreiben, sowie Schulungen und Besichtigungen von Solaranlagen anzubieten, baut Kyocera im August 1984 in Chiba, außerhalb von Tokio und in der Nähe des Narita Airport, das Sakura Solar Energy Center, das seinerzeit ein einzigartiges und beispielloses Experiment darstellt. Die großflächige 43 kW Solaranlage liefert seitdem Strom für die Innen- und Notbeleuchtung der Einrichtung.

Bis 1996 kann der Wirkungsgrad der Kyocera-Zellen unter Laborbedingungen auf 17,1 % gesteigert werden, und 1999 gilt das Unternehmen mit Produktionsstätten in Europa, Asien und Amerika als Weltmarktführer bei polykristallinen Solarzellen. Im Jahr 2004 wird mit 17,7 % eine erneute Bestmarke erreicht, bevor die polykristallinen Solarzellen im Jahr 2006 unter Laborbedingungen einen Wirkungsgrad von 18,5 % erreichen.

Im Juni 2002 stellt die US-Tochter Kyocera Solar Inc. mit Sitz in Scottsdale, Arizona, zwei neue Serien von solarbetriebenen Tauchpumpen vor: eine Membranpumpen-Serie bietet kostengünstige Lösungen für netzferne Anwendungen wie Viehtränken, während die Zentrifugalpumpen-Serie Wasser aus größeren Tiefen und in größeren Mengen heraufpumpen kann und für die Trinkwasserversorgung abgelegener Dörfer und die Bewässerung von Feldern gedacht ist. Außerdem wird eine solarbetriebene Impfstoff-Kälteanlage namens Kyocera Solar VaccPak angeboten, um die Impfstoff-Kühlkette bis zum Endanwender zu sichern. Das extrem effiziente Produkt funktioniert in den meisten Klimazonen mit nur einem einzigen Solarmodul. (2004 wird ein vergrößertes Modell VaccPak XL6000 mit 50 Liter Volumen vorgestellt, das u.a. in Nigeria, Kenya und Tanzania eingesetzt wird. Bis zu diesem Zeitpunkt hat Kyocera, einer der wenigen von WHO und UNICEF anerkannten Systemlieferanten, weltweit schon über 1.000 solarbetriebene Impfstoff-Kälteanlagen ausgeliefert.)

Auf den Markt kommt im Juni 2003 eine neue Reihe von Solarmodulen mit Wirkungsgraden von über 14 %, die besonders für professionelle Anwendungen im Telekommunikations- und Verkehrssektor gedacht sind – wie öffentliche Telefonzellen, Notruftelefone und Parkscheinautomaten. Die Leistungen der Module KS5S, KS10S und KS20 betragen 5, 10 bzw. 20 W, und die Kyocera-Zellen sind zwischen Hartglas und einer EVA-Folie eingebettet. Im November nimmt eine Produktionsanlage in Tianjin, China, den Betrieb auf. In Kalifornien wird bei der Firma Lehr Brothers Inc., ein Kartoffel- und Zitrus-Anbauer in Edison, eine 350 PS Wasserpumpe mit 120 kW aus 760 Stück 158 W Paneelen versorgt, die auf einem Carport zum Beschatten der Landmaschinen installiert sind. Das System, das sowohl mit Netzstrom als auch Solarstrom betrieben werden kann, ist von der WorldWater Corp. entwickelt und installiert worden. Im August meldet Kyocera Solar, daß man für ein ländliches Elektrifizierungs-Projekt in Nigeria Solar-Produkte und technischen Support geliefert habe, um in drei Dörfern mit einer Bevölkerung von insgesamt etwa 8.000 Personen Wasser zu pumpen und Häuser, Schulen, Kliniken, Moscheen und Kleinstunternehmen mit Solarstrom zu versorgen. Das Projekt wird gemeinsam von der US Agency for International Development, dem US Department of Energy und der Regierung des Bundesstaates Jigawa in Nigeria gefördert, während das Management und die Unterstützung vor Ort von der Non-Profit-Organisation Solar Electric Light Fund (SELF) kommen.

Im September 2004 ruft Kyocera ein vierteiliges globales Produktionssystem für Solarmodule ins Leben – denn zum 30. Jubiläum des Einstiegs in das Solarenergiegeschäfts im Folgejahr lautet das Ziel des Unternehmens, der weltweit größte ‚voll integrierte’ Hersteller zu werden. Mit der Mie Ise-Anlage in Japan begründet das Unternehmen ein Zuliefersystem für die vier großen Solarmärkte der Welt, nämlich Japan, Europa, die Vereinigten Staaten und China. Im November nimmt die neue Maquiladora-Montageanlage für Module in Tijuana, Mexiko, den Betrieb auf, die eine jährliche Produktionskapazität von 35 MW besitzt und Module zwischen 35 W 190 W herstellt, und in der tschechischen Republik wird die Kyocera Solar Europe s.r.o. gegründet, die im nächsten Jahres mit einer Montageanlage für PV-Module startet und ihre Produkte nach Deutschland und in andere EU-Länder liefet. Gleichzeitig erweitert Kyocera die Shiga Yohkaichi-Anlage, die Solarzellen fertigt, um die Produktionskapazität auf 240 MW pro Jahr zu verdoppeln, während Kyocera Solar ein neues 187 W Modul auf den Markt bringt, das auf einer von Kyocera neu entwickelten Zell-Verarbeitungsmethode namens d.Blue basiert (deep blue, von der Farbe inspiriert). Bei dieser bekommt die multikristalline Silizium-Oberfläche der Zelle eine mikroskopische Textur, welche die Reflexion vermindert und die Menge an Sonnenlicht, die die Zelle aufnehmen kann, maximiert. Im Dezember folgt die Markteinführung eines neuen großflächigen Solarzellenmoduls mit 200 W Leistung. Bis zu diesem Zeitpunkt hat Kyocera seit 1975 weltweit etwa 350 MW an Solarenergiesystemen ausgeliefert.

Im Februar 2005 wird myGen Meridian angekündigt, ein PV-Modul und Montagesystem, das sich harmonisch in ein Ziegeldach einfügt und Teil der neuen Kyocera BIPV (Building-Integrated Photovoltaics) Produktlinie ist.

Die bislang größte Kyocera-Solaranlage in Europa und das größte Sonnenkraftwerk in der Schweiz wird im Mai 2005 eröffnet – eine Dachanlage über dem neu gebauten Schweizer nationalen Fußballstadion Stade de Suisse Wankdorf Bern, das mit 850 kW nun als weltweit größtes Stadion mit integrierter Solarenergieanlage gilt. Zum Einsatz kommen 5.122 Solarpaneele mit einer Gesamtfläche von etwa 6.541 m² (2007 erfolgt mit 2.808 weiteren Modulen der Ausbau auf 1,3 MW). Innovativ ist auch das Schienenfahrzeug, das zum Unterhalt der Solaranlage auf dem Dach des vom Systemanbieter TRITEC geplanten Stadions installiert ist. Die betreibende BKW FMB Energie AG baut zudem auf dem Dachfirst des Stadions ein Infocenter, wo Besucher das Sonnenkraftwerk besichtigen können. Und auch das Openair-Festival auf dem Berner Hausberg Gurten, das Gurtenfestival, bezieht seit 2005 seinen gesamten Stromverbrauch von diesem Kraftwerk. Im Übrigen ist Kyocera seit Anfang des Jahres der Hauptsponsor des deutschen Fußballvereins Borussia Mönchengladbach.

Die amerikanische Tochter Kyocera Solar Inc. nimmt im Juni die erste Solar-Grove-Anlage in Betrieb, ein Array aus 25 ‚Solarbäumen’, das einen Mitarbeiter-Parkplatz für 186 Fahrzeuge am nordamerikanischen Hauptsitz des Unternehmens in San Diego in ein 235 kW Solarstrom erzeugendes System verwandelt. Zum Einsatz kommen insgesamt 1.400 KC-187g Module sowie 200 speziell angefertigte, lichtfilternde PV-Module. Die Solar Tree Strukturen werden später von der Firma Envision Solar vermarktet und vom Urban Land Institute (ULI) des San Diego/Tijuana District Council mit einem Innovationspreis ausgezeichnet.

Im Oktober 2005 wird das neue Module-Werk in der nordtschechischen Stadt Kadan offiziell eröffnet, das für eine Produktionskapazität von 24 MW im ersten Jahr ausgelegt ist und anschließend in wenigen Jahren auf 60 MW ausgebaut werden soll. Kyocera hat etwa 5,8 Mio. € in den neuen Produktionsstandort investiert. Im August 2006 stellt das Unternehmen im Rahmen der 21. European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition in Dresden sein neues Hochleistungsmodul KC200GHT-2 vor, das auf einer Fläche von 142,5 x 99 cm über 54 Solarzellen mit einer Zelleffizienz von 15,9 % verfügt. Das 200 W Modul ist mit der von Kyocera selbst entwickelten 3-Bus-Bar-Technologie ausgestattet, welche die Zellkontaktierung verbessert und Stromverluste im Modul reduziert. Es erreicht einen Modulwirkungsgrad von 14,2 %. Für das Solarmodul FL120-1A gibt es in diesem Jahr den Europäischen und den Schweizer Solarpreis.

Die 1954 als gemeinnützige Organisation gegründete International Solar Energy Society (ISES) präsentiert im März 2007 an ihrem Weltsitz in Freiburg einen mit Photovoltaik ausgestatteten 14 kW SolarCarport, dessen 108 Module nebst drei Wechselrichtern von Kyocera gesponsert werden. Das anspruchsvolle Design geht auf den bekanntesten deutschen Solar-Archtiketen Rolf Disch zurück. Im April gibt das Unternehmen bekannt, daß es mit Siliziumlieferanten konkrete Verträge geschlossen habe, um einen konstanten Produktionsanstieg in seinem vierteiligen globalen Produktionssystem für Solarmodule zu gewährleisten, nachdem es in den vergangen zwei Jahren einen Mangel an Silizium erlebt hatte und sich deshalb darauf konzentrierte, die Solarzellenqualität und Energieumwandlungseffizienz zu verbessern. Außerdem legt Kyocera in vorbildlicher Weise seine weltweiten Erweiterungspläne dar:

Kyocera Corporation, Yohkaichi Plant, Japan
Herstellung von Solarzellen für die Verwertung in den restlichen vier Produktionsstandorten.
Produktionsmenge: Erhöhung von bislang 180 MW auf bis zu 500 MW
Investition: ca. 150 Mio. €

Kyocera Solar Europe s.r.o., Kadan Plant, Tschechien
Produktion von Solarmodulen für den europäischen Markt. Erweiterung der Anlagengröße um das Doppelte bis März 2010.
Produktionsmenge: Erhöhung von bislang 25 MW auf bis zu 150 MW
Investition: ca. 25 Mio. €

Kyocera Mexicana, S.A. de C.V. Tijuana Plant, Mexico
Produktion von Solarmodulen für den U.S.-amerikanischen und australischen Markt. Bis Ende März 2008 ist der Bau einer weiteren Anlage im Industriepark Tijuana geplant, um die Anlagengröße zu verzehnfachen.
Produktionsmenge: Erhöhung von bislang 25 MW auf 150 MW
Investition: ca. 25 Mio. €

Kyocera (Tianjin) Solar Energy Co. Ltd., China
Produktion von Solarmodulen für den chinesischen Markt. Vergrößerung der Produktionsanlage und -ausrüstung um 50 % bis Ende März 2010.
Produktionsmenge: Erhöhung von bislang 30 MW auf 90 MW
Investition: ca. 6 Mio. €

Kyocera Corporation, Ise Plant, Japan
Produktion von Solarzellen, -modulen und -systemen.
Produktionsmenge: Erhöhung von bislang 100 MW auf 110 MW
Investition: ca. 6 Mio. €

Im Juni präsentiert das Unternehmen auf der Intersolar in Freiburg eine neue multikristalline Zelle mit einem Wirkungsgrad von 18,5 %, der durch eine Optimierung der Kontaktlinienanordnung und durch die Oberflächentexturierung der Zelle unter Verwendung des von Kyocera patentierten d.Blue-Verfahrens, das die Sonnenlichtaufnahme durch reduzierte Reflektion erhöht, erzielt wird. Außerdem wurden die Frontkontaktflächen auf die Rückseite verlagert. Ein Modul mit 54 dieser hocheffizienten, 15 x 15,5 cm großen Solarzellen wird im September vorgestellt, die Massenproduktion ist für das Geschäftsjahr 2010 geplant.

Im selben Monat wird in Salamanca, Spanien, die bislang größte Anlage von Kyocera eingeweiht. Die Planta Solar de Salamanca des Betreibers Avanzalia Solar umfaßt auf einem insgesamt 36 ha großen Gelände ca. 70.000 PV-Module von Kyocera, die sich auf drei Solarfelder verteilen und eine maximalen Leistung von 13,8 MW erbringen. Und im Dezember wird bekannt, daß auch die belgische Antarktis-Forschungsstation Princess Elisabeth, die im Sommer 2008 als weltweit erste emissionsfreie Forschungseinrichtung von der International Polar Foundation in der Antarktis installiert werden wird, mit 408 Solarmodulen von Kyocera ausgestattet sein wird. 120 Solarmodule des Typs KC130GHT-2 am werden Gebäude verbaut, 288 weitere Module folgen freistehend im Umkreis der Station. Zusammen mit acht Windrädern erzeugt die PV-Anlage insgesamt 98,6 kWh für Kommunikation, Heizung und Elektronik. Im Jahr 2007 belegt Kyocera mit einer Produktionsrate von 207 MW Platz vier (nach Q-Cells, Sharp und Suntech Power).

Das Jahr 2008 beweist ein weiteres Mal, daß Kyocera keine Angst vor Extremeinsätzen seiner Module hat: Im Januar nimmt die BKW-Tochter sol-E Suisse AG den ersten Ausbau (58 KC200GHT-2 Solarmodule, 11,6 kW) der welthöchsten Solarstromanlage auf dem Jungfraujoch in Testbetrieb. Es ist ein sehr sinnvoller Einsatzort, denn in der Rekordhöhe von 3.500 m erbringen die Module einen rund 70 % höheren spezifischen Energieertrag als vergleichbare Anlagen im Flachland. Der hohe Energieertrag ist auf die wesentlich intensivere Strahlung in dieser Höhe, die Reflexion durch Schneeflächen und auf die tiefen Temperaturen zurückzuführen, was in einer verbesserten Effizienz resultiert. Stürme mit über 200 km/h, heftige Gewitter und eine große Temperaturdifferenz von bis zu 70°C zwischen Tag und Nacht stellen das Material dabei allerdings auf eine harte Probe.

Im Februar wird bekanntgegeben, daß Kyocera im Rahmen eines Kredit-Projekts der japanischen Regierung über die Itochu Corp. Solarstrom-Systeme in die Republik Tunesien liefern und installieren wird. Das Darlehen wird als eine Form der öffentlichen Entwicklungshilfe (ODA) von der japanischen Regierung zur Verfügung gestellt. Ab April werden in den drei tunesischen Gouvernoraten Kef, Siliana und Beja schrittweise in Dörfern, die derzeit nicht über Elektrizität verfügen, 500 Haushalte mit Solar-Batterieanlagen ausgestattet.

Im März wird eine strategische Partnerschaft mit der Akeena Solar Inc. beschlossen, einem weltweit führenden Entwickler und Installateur von Solaranlagen, mit dem schon seit dessen Gründung 2001 Geschäftsbeziehungen bestehen, um Andalay-Solarpaneele herzustellen. Andalay ist der Markenname für eine spezielle, materialsparende und einfache Paneele-Technologie von Akeena, die über eingebaute Rack-Systeme, Verdrahtung und Erdung verfügt. Im Laufe des Jahres wird Kyocera Solar 1,6 MW Paneele mit Hochleistungs-Solarzellen produzieren und an Akeena liefern.

Im Juni beginnt Kyocera mit der Massenproduktion einer neuen, nur 180 µm dicken Solarzelle (anstatt wie bisher 200 - 260 µm), bei welcher der japanische Konzern auf seine neuesten Forschungserfolge im Zersägen (Slicing) von Silizium-Ingots und in der Wafer-Beschichtungstechnik zurückgreift. Außerdem wird das neue polykristalline Photovoltaik-Hochleistungsmodul KD210GH-2P der Modulserie KD eingeführt, das unter Standard-Testbedingungen 210 W erzielt. Im Juli übergibt Dr. Kazuo Inamori, Gründer des Unternehmens, im Rahmen einer offiziellen Feierstunde ein Spendenzertifikat an Jakaya Mrisho Kikwete, Präsident der Vereinigten Republik Tansania und Vorsitzender der Afrikanischen Union, dem zufolge Kyocera bis zum Jahr 2012 kostenlos zwanzig Grundschulen in Tansania mit Solaranlagen zur Stromerzeugung ausstatten wird. Die einzelne Basisausstattung beinhaltet ein 600 W Stromerzeugungssystem, die zugehörige Speicherbatterie, ein Fernsehgerät sowie Lampen. Im August wird in der spanischen Provinz Cuenca, in der Region Kastilien-La Mancha, ein weiteres Solarkraftwerk des spanischen Anlagenbetreibers Avanzalia mit 18 MW Leistung in Betrieb genommen, bei dem 89.320 Kyocera-Module verbaut worden sind. Im Dezember stattet der Europäische Gerichtshof das Dach seines neuen Palais mit 2.262 Solarmodulen von Kyocera mit einer Gesamtleistung von 400 kW aus.

Im Februar 2009 wird neben dem Standort der jetzigen Anlage in Yasu City, Präfektur Shiga, der Grundstein für eine neue Produktionsstätte für Solarzellen gelegt. Die neue Anlage soll im Frühjahr 2010 mit der Fertigung von Rückkontakt-Solarzellen aus multikristallinem Silizium starten, wobei die Solarproduktionsmenge von aktuell 300 MW pro Jahr bis 2012 auf 650 MW gesteigert werden soll. Im März wird die zweite, hochautomatisierte Produktionsstätte in Tijuana eingeweiht – vom mexikanischen Präsidenten Felipe de Jesús Calderón Hinojosa persönlich. Im selben Monat wird TESSCO Technologies Inc. ein Vertriebspartner der Kyocera Solar - wobei man gemeinsam auf den Eisenbahn-Markt zielt. Kyocera bietet bereits standardmäßige Eisenbahn-Solaranlagen der Produktlinie RR 24/7 an, qualitativ hochwertige Off-Grid-Lösungen für den industriellen Markt, die nun Design-Verbesserungen für noch höhere Qualität, einfache Installation und Langlebigkeit unterzogen worden sind.

Auf der Intersolar im Mai in München werden wieder einmal neue Module vorgestellt, und Kyocera gibt bekannt, daß man die Solarmodule für das Solar-Lüftungssystem auf dem Wagendach des neuen Toyota Prius liefern wird, das zur Regulierung der Temperatur im Wageninnenraum dient, während das Fahrzeug tagsüber geparkt ist. Das integrierte 56 W Dachmodul ist mit Solarzellen aus dem Werk in Yohkaichi mit einem Wirkungsgrad von 16,5 % bestückt. Im August feiert das Sakura Solar Energy Center (s.o.) sein 25jähriges Bestehen, und im Dezember stellt Kyocera mit rund 190.000 Modulen zwei weitere Großanlagen in der Region Castilla-La Mancha in Spanien fertig, die ebenfalls von Avanzalia Solar betrieben werden: Die Anlage Dulcinea steht in Cuenca und liefert insgesamt 31,8 MW. Davon stammen 28,8 MW aus Kyocera-Modulen, während die Anlage Don Quijote in Ciudad Real steht und 15,5 MW liefert – von denen 10,5 MW von Kyocera-Modulen erzeugt werden. Ebenfalls im Dezember wird in Tschechien, in dem südmährischen Agrardorf Moravský Žižkov, eine 1,2 MW Freilandanlage für das tschechische Unternehmen Nelumbo fertiggestellt. Ende 2009 sind auch bereits 1,6 MW der bislang größten tschechischen Freilandanlage am Netz, und im September des Folgejahres wird der Sinus Solarpark Dobšice der österreichischen Firma Ökoteam Solar Photovoltaikverbund GmbH (vormals Pan Ökoteam GmbH) bereits 3 MW liefern. Er liegt mit seiner direkten Nähe zu Znaim, nördlich des Dorfes Znojmo Dobšice, im sonnenreichsten Gebiet Tschechiens.

Das Jahr 2010 beginnt mit einer Meldung im Februar, daß Kyoceras polykristalline Solarmodule zwischenzeitlich einen Wirkungsgrad von 16,6 % erreichen, während bei polykristallinen Solarzellen im Entwicklungsstadium eine Energieumwandlungs-Effizienz von 18,5 % verzeichnet wird. Zeitgleich wird eine strategische Partnerschaft mit der AMSOLAR Corp. bekanntgegeben, die sich auf die Bereitstellung vollständiger turn-key Solarenergie-Lösungen für Bildungseinrichtungen in Nordamerika konzentriert – inkl. Finanzierung, System-Engineering und Design, Installation, Betrieb und Wartung. Man arbeitet zusammen bereits an einer 1,23 MW Anlage auf neun Gebäuden der University of San Diego, für welche die Universität nichts zahlen wird. Statt dessen wird ein 25jähriger Stromliefervertrag geschlossen.

Im März erhöht das Unternehmen seine Zielvorgabe und sieht nun bis März 2013 eine schrittweise Erhöhung auf 1 GW pro Jahr vor. Im laufenden Geschäftsjahr 2010 beträgt das Produktionsvolumen 400 MW. Neu auf den Markt kommt das Hochleistungsmodul KD215GH-2PU, das unter Standard-Testbedingungen 215 W bei einem Modulwirkungsgrad von 14,4 % erzielt, im April gefolgt von dem neuen KD235GH-2PB Solarmodul mit 60 Zellen und einer Leistung von 235 W. Im Juni beginnt die Produktion von 30 MW Solarmodulen pro Jahr in San Diego, und im Juli kündigt Kyocera an, daß man nun auch Solarmodule an die Toyota Motor Corporation liefert, welche in die von Toyota hergestellten und vertriebenen Sportboote installiert werden, hauptsächlich zur Batterieaufladung (60W, Zelleneffizienz 17,5 %). Im Juli wird von Kyocera Solar eine 1,15 MW Installation auf drei Parkdeck-Dächern eines in Irvine, Kalifornien, ansässigen Finanzinstituts installiert. Es handelt sich um die bisher größte Anlage in Orange County, Kalifornien. Von Independent Energy Solutions Inc. (IES), einem in Vista ansässigen Entwickler von schlüsselfertigen erneuerbaren Energien, entwickelt und konstruiert, brauchen 29 Installateure nur 17 Tage für den Bau.

Im August folgt das nächste neue Modul: Das KD240GH-2PB bietet mit 60 Zellen 240 W Leistung. Gleichzeitig beginnt die Serienproduktion von hocheffizienten polykristallinen Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 16,9 % in der neuen Fabrik in Yasu, Präfektur Shiga, der nun größten Produktionsstätte des Unternehmens in Japan. Im September beendet Kyocera Solar zusammen mit der REC Solar Inc. die Errichtung einer 1,134 MW Freilandanlage an den Castle Rock Vineyards, mitten im Herzen des Central Valley in Kalifornien. Gleichzeitig gibt der Kyocera Technologiekonzern bekannt, daß bis März 2011 auf sechs weiteren Produktionsstätten Solaranlagen mit firmeneigenen Solarmodulen in Betrieb genommen werden sollen. Die Anlagen sind Teil von Kyoceras Umweltschutzmaßnahmen und werden zusammen 593 kW erzeugen. Gemeinsam mit den bereits bestehenden Solaranlagen, die an Standorten innerhalb und außerhalb Japans in Betrieb sind, wie z.B. an der 1998 neu erbauten Konzernzentrale in Kyoto, deren Südwand und Dach mit einer 214 kW Solaranlage bestückt ist, erzeugt die Kyocera Group dann 1,815 MW Solarstrom.

Kyocera Solar ist schon seit vielen Jahren in der Mongolei aktiv und unterstützt ein Projekt der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO), bei dem zwischen 1992 und 1996 insgesamt 200 Nomaden-Familien mit portablen Solar-Systemen ausgestattet wurden. Nun, im November 2010, werden die beiden Wüstendörfer Gobi-Altai und Bayantoori in der Mongolei mit insgesamt 202,5 kW bzw. 102,6 kW Solarleistung ausgestattet. Das Projekt wird von der Weltbank realisiert, und installiert werden die Anlagen von der Kyocera Sales & Trading Corpor. in Tianjin, China. Die zwei Solaranlagen sind mit Qualitätsmodulen ausgestattet, um auch bei den extremen Wetterbedingungen von bis zu minus 30°C, wie sie in der Wüste Gobi auftreten, einen sicheren und beständigen Betrieb zu gewährleisten.

Am anderen Ende der klimatischen Extreme finden wird das australische Alice Springs, das mit etwa 300 Sonnentagen im Jahr ein idealer Teststandort für Solaranlagen ist. Tatsächlich werden seit Oktober 2008 im Testzentrum der Desert Knowledge Australia (DKA), einem vom australischen Staat finanzierten Demonstrationszentrum für Photovoltaik-Systeme, unterschiedliche Modultypen führender Hersteller unter identischen Bedingungen miteinander verglichen. Die inzwischen über einen Zeitraum von 24 Monaten erfaßten Daten zeigen, daß die Solartechnologie von Kyocera mehr Kilowattstunden pro installiertem Kilowatt-Peak (kWh/kWp) liefert als alle anderen getesteten kristallinen Solarmodule. Von Kyocera sind im DKA drei PV-Anlagen installiert: Ein fest aufgeständertes System, ein einachsiges System, das die Ost-West-Ausrichtung im Tagesverlauf nachführt, und ein System mit zweiachsiger Nachführung (Tracker). Die gewonnenen Ertragsdaten stehen der Öffentlichkeit auf der Website des DKA zur Verfügung. Im Dezember gibt Kyocera bekannt, daß die Produktionsstätte in Tijuana das einmillionste Solarmodul produziert hat – während auf dem Dach der Fabrik eine netzgekoppelte 104 kW Solaranlage installiert worden ist. 

Es ist nicht sinnvoll, im weiteren jede neue Anlage zu beschreiben, die Kyocera sowieso am laufenden Band installiert. Eine Ausnahme bildet die Meldung vom Januar 2011, der zufolge das Unternehmen ungefähr eine Million Solarmodule mit einer Gesamtleistung von 204 MW für das größte Solarenergie-Projekt in Thailand liefern wird. Innerhalb des Projekts ‚Solar Farms’ werden von der in Bangkok ansässigen Firma Solar Power Co. Ltd. im Nordosten des Landes 34 verschiedene Freiflächenanlagen mit jeweils 6 MW Leistung gebaut. Der erzeugte Strom soll von der Provincial Electricity Authority an Endverbraucher und Geschäftskunden geliefert werden und insgesamt den jährlichen Energiebedarf von 170.000 thailändischen Haushalten decken (basierend auf einem durchschnittlichen jährlichen Stromverbrauch von 1.800 kWh pro Haushalt).

Im selben Monat werden die Solarmodule von Kyocera vom TÜV Rheinland Japan Ltd. zertifiziert. Außerdem erfolgt der Spatenstich im tschechischen Kadan für ein weiteres Fabrikgebäude, das bis zum Herbst fertiggestellt sein soll, während in dem neuen Werk in Tianjin die Produktion bereits sukzessive aufgenommen wird, wo der Betrieb von der alten komplett in die neue Fertigungsstätte verlegt wurde. Beide neuen Gebäude haben ein Produktionsvolumen von je 360 MW. Kyocera hatte schon 2003 einen Teil seiner Produktion nach Tianjin verlegt und war damit das erste japanische Unternehmen, das sich zur Solarproduktion in China niedergelassen hat.

Im Februar 2011 meldet Kyocera, in Japan bereits Solaranlagen an mehr als 1.200 Schulen installiert zu haben, womit das Unternehmen mit 40 % den ersten Platz unter den Lieferanten einnimmt. Als Teil einer im April 2009 eingeleiteten Maßnahme gegen die Wirtschaftskrise setzt sich die Regierungsinitiative ‚School New Deal’ für die grundlegende Neugestaltung von Bildungseinrichtungen ein und plant insbesondere die Etablierung höherer Standards für erdbebensicheres Bauen und die Nutzung der Solarstromerzeugung. Das japanische Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie setzte damals das Ziel, die Anzahl der staatlichen Grund-, Mittel- und Oberschulen mit Solaranlagen auf 12.000 zu erhöhen.

Im März wird gemeinsam mit dem Naval Facilities Engineering Command (NAVFAC) Southwest die Errichtung einer 1,4 MW Solarfarm auf der Camp Pendleton Basis des US-Marine Corps nördlich von San Diego bekanntgegeben, und im April werden Solarmodule für eine 6 MW Installation in Cigliano nahe Turin in Italien ausgeliefert, die von Enermill betrieben wird. Auf der im selben Monat stattfindenden Intersolar präsentiert Kyocera drei neue Module aus der erfolgreichen KD-Serie, darunter das bislang leistungsstärkstes Solarmodul KD245GH-2PB mit einer Leistung von 245 W und einem Wirkungsgrad von 14,8 %, das als eines der effizientesten 60-zelligen polykristallinen Module auf dem Markt gilt.

Im November unterzeichnet Kyocera als Vollmitglied die neue Umweltvereinbarung der Branchenorganisation PV CYCLE. Aktuell repräsentiert der Non-Profit-Verband der Solarindustrie mehr als 90 % des europäischen PV-Marktes. Das dritte ‚Environmental Agreement’ stärkt das europaweite System zur Rücknahme von Photovoltaikmodulen durch strengere Selbstauflagen. Ziel der Vereinbarung ist, bis 2020 eine Recyclingquote von 85 % der Altsolarmodule zu erreichen, wozu die gegenwärtig mehr als 170 Rücknahmestationen zu einem europaweiten dichten Netz von Sammelstellen ausgebaut werden sollen (mehr zu diesem Thema unter Solarzellen-Recycling; in Arbeit).

Außerdem berichtet das Unternehmen von zwei Solaranlagen in Schweden und in der Schweiz, welche die beispielhafte Lebensdauer der Kyocera-Module bezeugen. Die erste netzgekoppelte Photovoltaikanlage Schwedens wurde 1984 im Stockholmer Stadtteil Huvudsta als 2,1 kW Fassadenanlage aus 48 polykristallinen Modulen errichtet und versorgt die Bewohner eines Mehrfamilienhauses. Nach einer Laufzeit von 23 Jahren belegen Tests, daß die Module ihre Leistung auch weiterhin ohne nennenswerte Degradation erbringen. Seit 1991 produziert die erste private Anlage im Schweizer Kanton Waadt, die an das Netz angeschlossen wurde, eine 2,82 kW Verbundanlage im Garten eines Privathauses in Bassins, jährlich um die 2.800 kWh Solarstrom. Nach 20 Jahren Laufzeit haben die Module bereits mehr als 55.000 kWh nachhaltige Energie erzeugt – bei nahezu konstanter Leistung. Eine weitere Bestätigung bildet ein 10 kW Solarsystem, das Kyocera im Jahr 1985 einem kleinen Bauerndorf ohne elektrische Infrastruktur auf einer Höhe von 2.600 m in der Provinz Gansu, China, gespendet hatte. Als die Region im Jahr 1993 an das Stromnetz angeschlossen wurde, gingen die Solarmodule an eine regionale Forschungseinrichtung für saubere Energie, wo sie nach mehr als 25 Jahren noch immer gleichviel Strom produzieren. Auch die erste netzgekoppelte Solaranlage Frankreichs, eine 945 W Anlage aus 15 Modulen auf einem Dach in dem kleinen Dorf Lhuis östlich von Lyon, die im Jahr 1992 von HESPUL, einer französischen Organisation für erneuerbare Energien und Energieeffizienz, in Auftrag gegeben worden war, hat nach 20 Jahren lediglich 8,3 % ihrer ursprünglichen Leistung eingebüßt.

Im Dezember 2011 liefert Kyocera 10 MW Photovoltaikmodule zur Erweiterung einer bereits bestehenden 6 MW Installation der Enermill im italienischen Cigliano nahe Turin. Unterstützt von der Entwicklungshilfe der Japanischen Regierung wird darüber hinaus im Laufe dieses Jahres der Genghis Khan International Airport in Ulan Bator mit einer 453,18 kW Solaranlage ausgestattet. Für den internationalen Flughafen der Republik Palau liefert das Unternehmen im Januar 2012 eine 226,8 kW Anlage, die nach Fertigstellung die größte Solarinstallation des Inselstaates sein wird. Die Planung und Ausführung erfolgt in Zusammenarbeit mit der Wakachiku Construction Co. Ltd. und wird durch ein öffentliches Entwicklungshilfeprogramm der japanischen Regierung finanziert. Die 1.080 Solarmodule sind auf der Beschattungsvorrichtung des Parkplatzes installiert, und da die Insel oft von Taifunen heimgesucht wird, ist die Rückseite der Module zusätzlich mit Stützstangen verstärkt, um dem Wind besser standhalten zu können. Im gleichen Monat bringt Kyocera ein neues 80-Zellen-Modul mit 325 W auf den Markt.

Im März 2012 werden Kyocera und die SB Energy Corp., eine auf Erneuerbare Energien spezialisierte Tochtergesellschaft der Softbank Gruppe, von der Stadt Kyoto ausgewählt, um gemeinsam eine 4,2 MW Solaranlage zu errichten und zu betreiben. Für die Anlage werden erstmals Module mit einem von Kyocera patentierten Anti-Staub-Modulrahmen verwendet, der dafür sorgt, daß sich weder Staub noch Wasser auf der Oberfläche sammeln kann: Regenwasser löst die Partikel und kann über Entwässerungsrinnen im Rahmen der Module abfließen. Diese Module sind bislang nur auf dem japanischen Markt erhältlich. Ziel ist, das neue System aus rund 17.000 Modulen an zwei Standorten in Fushimi-ku, Kyoto City, rechtzeitig vor Gültigkeit eines neuen Einspeisetarifs in Japan zum 1. Juli 2012 in Betrieb zu nehmen. Hierzu sind einige Hintergrundinformationen interessant:

Ein Jahr, nachdem Japan von einem schweren Erdbeben, einem Tsunami und einem verheerenden Atomunglück erschüttert wurde, steckt das Land mitten in der Energiewende. Es sind nur noch zwei von ursprünglich 54 Atomreaktoren am Netz, deren Leistung vor den Ereignissen in Fukushima rund 30 % von Japans Energiebedarf deckte. Überraschenderweise, ohne das das Land zusammengebrochen ist, wie in solchen Fällen gerne prognostiziert oder suggeriert wird. Durch das gemeinsame Engagement von Industrie, Wirtschaft und Bevölkerung im vergangenen Jahr ist es gelungen, den gesamten Energieverbrauch Japans um rund 15 % zu senken. Noch einmal: ...in nur einem Jahr um rund 15 %...!

Inzwischen geht der Trend in Japan zur Selbstversorgung. Allein zwischen April 2011 und Januar 2012 stieg die Zahl der Bewerbungen um häusliche Solarinstallationen auf 215.178 Anträge an, und bis Ende März 2012 werden schon mehr als eine Million Haushalte in Japan ihren Strom aus eigenen Solaranlagen beziehen. Die japanische Regierung fördert aber auch den Ausbau von Großanlagen, weshalb die zehn japanischen Energieversorger zum Jahr 2020 den Bau von 30 Solarfarmen planen, mit denen zusätzliche 140 MW aus Sonnenenergie ins Stromnetz eingespeist werden sollen. Ab Juli werden Photovoltaikanlagen, die 10 kW und mehr erzeugen mit umgerechnet etwa 42 € Cent/kWh vergütet - über zehn Jahre hinweg. Solarinstallationen, die mehr als 10 kW Solarstrom produzieren, werden 20 Jahre lang mit einer gleich hohen Einspeisevergütung gefördert. Dabei wird für die Festlegung der Förderung der gesamte erzeugte Strom berechnet, nicht nur der ins Netz eingespeiste Anteil. Mit Inkrafttreten der neuen Einspeisevergütung ist die Förderung in Japan für kleine Anlagen etwa doppelt so hoch, und für Großanlagen sogar dreimal so hoch wie in Deutschland zu diesem Zeitpunkt. Neben dem Solarstrom werden mit dem Stichtag aber auch andere erneuerbaren Energien wie Wind, Geothermie, Wasserkraft sowie Biomasse stärker gefördert.

Im April 2012 geben Kyocera, die IHI Corporation und die Mizuho Corporate Bank Ltd. ihre grundlegende Vereinbarung über die Errichtung eines 70 MW Solarparks in Südjapan bekannt. Das geplante ‚Mega-Solarkraftwerk’ soll in der Stadt Kagoshima, Präfektur Kagoshima, entstehen, und für seinen Betrieb eine Projektgesellschaft gegründet werden – mit Kyocera als größtem Shareholder. Die Überprüfung der Machbarkeit wird unter anderem durch die KDDI Corp., die Kyudenko Corp., die Kagoshima Bank Ltd. und die Takenaka Corp. unterstützt, die sich auch durch Investitionen an der Unternehmung beteiligen sollen. Die Gesamtprojektkosten werden auf 234 Mio. € geschätzt und sehen die Nutzung von etwa 290.000 Solarmodulen vor. Es ist die bislang größte in Planung befindliche Solarfarm in Japan.

Im Mai beginnt die Kyocera Solar mit der Auslieferung von 34 MW Modulen für das insgesamt 127 MW umfassende Arlington Valley Solar Energy II-Projekt im Südwesten Arizonas, das voraussichtlich Ende 2013 in Betrieb genommen werden soll. Das Projekt wird von der LS Power Group entwickelt und wird seinen Strom an die San Diego Gas & Electric verkaufen. Auf der Intersolar im Juni in München stellt Kyocera erstmals ein Gesamtkonzept vor, das neben der Erzeugung auch die Speicherung von Sonnenenergie sowie eine Wärmegewinnung möglich macht. Das neue ‚All-in-One’-Konzept von Kyocera kombiniert Photovoltaik mit einer Lithium-Ionen-Batterie, einer Brennstoffzelle und einem intelligenten Energiemanagement-System (EMS). Die Brennstoffzelle (SOFC-System) hat Kyocera in Zusammenarbeit mit den Unternehmen Osaka Gas, Aisin, Chofu und Toyota entwickelt.

Pünktlich zum Start der neuen japanischen Einspeisevergütung geht am 1. Juli auch der erste Teil des Softbank Kyoto Solar Parks mit rund 2,1 MW in Betrieb. Am diesem Standort im Süden von Kyoto-Stadt sind rund 8.680 Module verbaut worden. Nach Abschluß der zweiten Bauphase sollen hier pro Jahr 4,2 GWh Elektrizität produziert werden. Darüber hinaus beginnt Kyocera mit dem Bau der 70 MW Anlage in der Präfektur Kagoshima, wo etwa 290.000 Module rund 79.000 MWh pro Jahr liefern sollen. Zeitgleich bestätigt das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle, Deutschland, daß die Module von Kyocera nach einem Hochspannungsbelastungstest keine Anzeichen von Degradation zeigen. Anfang des Jahres hat das Fraunhofer CSP anonym Module von 13 bekannten Herstellern erworben und unabhängige Tests durchgeführt, bei denen die Module einem Hochspannungsbelastungstest (Temperatur 50°C, relative Luftfeuchtigkeit 50 %, Spannung 1000 V, Aluminiumfolie auf der Vorderseite, 48 Stunden) unterzogen wurden. Kyocera war einer von nur vier Herstellern, deren Module den Test bestanden haben.

Im Oktober 2012 beginnt der Bau der Shiranuka Mega-Solaranlage in Hokkaido, Japan, für die Kyocera ca. 135.000 polykristalline Silizium-Solarmodule mit einer Gesamtleistung von rund 30 MW liefern wird. Die Shiranuka Solarfarm soll im März 2014 in Betrieb gehen und wird dann von Eurus Energy Shiranuka betrieben. Im Dezember meldet Kyocera Solar, daß ihre nordamerikanischen Produktionsstätten den Produktionsmeilenstein von zwei Millionen Solarmodulen überschritten haben. Außerdem wird bekannt, daß Kyocera-Solarzellen die Stromversorgung einer neuen Vordachanlage sicherstellen, mit der am San Diego Zoo Elektrofahrzeuge aufgeladen werden können. Das ‚Solar-to-EV’-Projekt wird in Partnerschaft mit Smart City San Diego umgesetzt, von der San Diego Gas & Electric betrieben und ist ein Teil des Engagement des Zoos für ökologische Nachhaltigkeit. Die zehn von IES (s.o.) entworfenen und installierten solaren Vordächer produzieren zusammen 90 kW Spitzenleistung, genug zur Versorgung von knapp 60 Wohneinheiten sowie fünf EV-Ladestationen. Die Solar-Vordächer beschatten ca. 50 Parkplätze – und eine Lithium-Polymer-Batterie sichert das Laden auch nach Sonnenuntergang.

Die jüngsten Meldungen vom Januar 2013 besagen, daß Kyocera positiv in die Zukunft der Sonnenenergie blickt, das europäische Werk im tschechischen Kadan produziert derzeit bei voller Kapazität, es gibt Pläne zum weiteren Ausbau – und in Japan boomt der Solarmarkt. Unterstützt von der Politik und mit Hilfe einer attraktiven Einspeisevergütung sollen zunehmend Mega-Solarprojekte gefördert werden. Ein solches Projekt mit besonderem gesellschaftlichem Nutzen wird nun von Kyocera auf Initiative der Ryukoku Universität und in Zusammenarbeit mit der Stadt Inami und Plus Social sowie Trans Value als Betreiber geplant: das landesweit erste ‚social contribution mega-solar’-Projekt. Der Solarstrom einer 1,85 MW Installation aus 7.500 Kyocera Hochleistungsmodulen soll nach den Richtlinien der neuen Einspeisevergütung an lokale Energieversorger verkauft werden, wobei die erzielten Einnahmen, abzüglich der Kosten für die Betreibung der Anlage, lokalen NGOs wie sozialen Diensten, Bildungsprojekten und Bürgerinitiativen in der Wakayama Präfektur und im Raum Kyoto gespendet werden. Die Anlage wird ab Mai errichtet und soll ab Juli 2013 den Betrieb aufnehmen.

Die im Oktober 1996 gegründete NanoGram Corp. mit Hauptsitz in Milpitas, Kalifornien, entwickelt zunächst Nanomaterialien für eine Vielzahl von Anwendungen, bevor sie sich auf die Kommerzialisierung von Telekommunikations-Produkten konzentriert und Jahr 2002 ihren Namen in NeoPhotonics Corp. ändert und als ein führender Anbieter von Modulen, Komponenten und Subsystemen für optische Breitband-Kommunikationsnetzwerke, die auf photonischen integrierten Schaltkreisen basieren, bekannt wird. Exakte Informationen über die Firma zu finden erweist sich als schwierig, doch in diesem und dem Folgejahr werden zwei weitere neue Unternehmen in Nicht-Telekom-Bereich gegründet, die NanoGram Devices Corp., die sich mit Batterien für medizinisches Gerät beschäftigt und später von Greatbatch Inc. erworben wird – sowie die (neue) NanoGram Corp., die sich mit Anwendungen im Bereich der Nanotechnologien befaßt und auch Photovoltaik auf Siliziumbasis sowie hochtechnologische Nanomaterialien, Verfahrenstechniken und Produktionstools für Produkte aus den Bereichen Optik, Elektronik und Energie entwickelt, produziert und verkauft – wie z.B. Leiterbahnen und Elektroden für Batterien, Brennstoffzellen und Solarzellen.

Neben ihren anderen Geschäftsbereichen intensiviert die NanoGram ab 2006 auch in die Entwicklung günstiger Dünnschicht-Solarzellen aus multikristallinem Silizium, die zu einem Preis unter 1 $/W auf den Markt kommen sollen. Im Januar bekommt das Unternehmen Investitionsmittel in Höhe von 18,7 Mio. $ von Technology Partners und den bisherigen Investoren ATA Ventures, Nth Power Technologies, Bay Partners, Harris & Harris Group, Rockport Capital Partners, Institutional Venture Partners und SBV Venture Partners.

Das Unternehmen, das auch in Japan und Südkorea aktiv ist, stellt inzwischen Zellen mit einer Filmdicke von 30 µm vor, befindet sich aber noch in der Entwicklungsphase. Im Januar 2008 bringt eine dritte Finanzierungsrunde NanoGram 32 Mio. $ ein - von ATA Ventures, Bay Partners, Harris & Harris, IVP, Nth Power, Rockport Capital Partners, SBV Venture Partners, Technology Partners, Global Cleantech Capital, Masdar Clean Tech Fund, Mitsui Ventures u.a.

Das DOE zeichnet die Low-Cost SilFoil-Technologie für multikristalline Solarmodule der NanoGram im Juni mit einem Energy Innovator Award aus; und das Unternehmen etabliert eine strategische Entwicklungs-, Fertigungs- und Liefervereinbarung mit der Nagase & Co. Ltd. / Nagase ChemteX Corp.

Für den Aufbau einer Pilotanlage für Solarzellen in Milpitas, die im zweiten Quartal des Folgejahres in Betrieb genommen werden soll, wird im September 2008 als Partner die Firma OTB Group BV aus Eindhoven, Niederlande, ausgewählt, die über weltweit patentierte Technologien im Bereich der ultraschnellen Deposition von Dünnfilmen, dem Tintenstrahldruck und der Inline-Automation verfügt. NanoGram will die Pilotanlage nutzen, um die firmeneigene SilFoil-Technologie aufzuskalieren, welche die Leistung und Zuverlässigkeit von wafer-basierten kristallinen Silizium-Modulen zu Preisen liefern wird, die mit Dünnschichtmodulen wettbewerbsfähig sind. Bestehend aus einer Reihe von speziellen Verfahren nutzt die SilFoil-Technologie die von NanoGram patentierte Laserpyrolyse (Laser Reactive Deposition, LRD) des Unternehmens als einen der Grundpfeiler.

Im November wird eine gemeinsame Entwicklungsvereinbarung mit der Tokyo Electron Ltd. geschlossen, womit sich diese Firma vom strategischen Investor zum Technologie- und Marktentwicklungspartner der NanoGram mausert. Im Rahmen der Vereinbarung werden sich die Partner auf die Entwicklung fortschrittlicher Dünnschichttechnik-Tools konzentrieren, die auf dem LRD-Verfahren basieren. NanoGrams LRD-Prozeß hat den entscheidenden Vorteil, amorphes und mikrokristallines Silizium deutlich schneller abscheiden zu können als herkömmliche CVD-Verfahren. Bis Ende des Jahres 2009 möchte die Firma eine Produktionsleistung von 5 MW erreichen.

Laut einer Meldung vom Januar 2009 beteiligt sich an NanoGram auch die Nanostart AG, eine weltweit führende Nanotechnologie-Beteiligungsgesellschaft mit Sitz in Frankfurt am Main... die im Jahr 2010 ihren Anteil aber wieder verkauft.

Im Februar 2009 schließt NanoGram mit der Teijin Ltd. eine Vereinbarung, um gemeinsam an der Optimierung von Silizium-Nanopartikeln und Tinten zu arbeiten und Verarbeitungstechniken zu entwickeln, um Silizium-Nanopartikel-Filme bei einer relativ niedrigen Temperatur von unter 200ºC sintern zu können. Bereits im August wird gemeldet, daß man im Rahmen der Zusammenarbeit eine Technologie entwickelt habe, um Silizium auf Allzweck-Kunststoffsubstraten wie Polycarbonat zu integrieren. Die Technologie hat vielversprechende Anwendungen bei der nächsten Energie- und Elektronik-Generation, einschließlich Solarzellen und Dünnschicht-Transistoren für Flüssigkristall-Displays (LCD TFT), und man ist bereits in der Lage, einen Silizium-auf-Kunststoff-Prototyp zu zeigen. In der nächsten Phase soll nun eine Silizium-auf-Kunststoff-Integrationstechnologie entwickelt werden, die der Herstellung von amorphem Silizium oder organischen Halbleitern vergleichbar ist.

Anfang 2010 meldet die Fachpresse, daß NanoGram für den Elektronik- und Solarmarkt nun Tinten auf Silizium-Basis herstellt, die auf flexible Materialien aufgedruckt werden können. Nun arbeitet das Unternehmen, das sich seit 10 Jahren mit dieser Technologie beschäftigt, daran, seine Produktivität auf mehrere 1.000 Liter Tinte pro Monat zu steigern.

Im Juli 2010 wird die NanoGram Corp. zu 100 % von der Teijin Ltd. übernommen, welche die Forschung und Entwicklung von Nanopartikeln für druckfähige elektronische Anwendungen stark ausbauen will. Die Teijin Group mit Standorten in Tokio und Osaka beschäftigt sich an ihrem Integrative Technology Research Institute schon einige Zeit offensiv mit der Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Silizium-Tinten mit Halbleiter-Eigenschaften. Das Unternehmen hat das Ziel, diese Produkte bis 2017 zu kommerzialisieren und schließlich 80 % des Marktes für diese Materialien zu übernehmen.

Beim jüngsten Update Anfang 2013 ist allerdings nichts Neues über NanoGram zu finden – die Homepage ist in Überarbeitung. Über Firmen, die sich explizit mit Solar-Tinten beschäftigen, berichte ich unter Solarzellen-Farbe.

Anmerkung: Der Name des Unternehmens sollte nicht mit der Nanogram Demonstration Competition verwechselt werden, einem seit 2007 stattfindenden internationalen Studenten-Wettbewerb mit Robotern im Nano-Maßstab (RoboCup Nanosoccer competition).

Im September 2001 wird durch den Solarenergie-Wissenschaftler Dr. Zhengrong Shi die Suntech Power Holdings Co. Ltd. mit Hauptsitz in Wuxi, China, gegründet, die – wie man später sieht – in knapp 10 Jahren zum weltweit größten Hersteller von Silizium-Solarmodulen wird, diverse regionale Niederlassungen wie im kalifornischen San Francisco und schweizerischen Schaffhausen hat, und in über 80 Ländern aktiv ist. Die Produkte von Suntech werden in Deutschland von den Firmen IBC Solar AG und SolarWorld AG angeboten.

Bevor Suntech 2005 an die Börse geht, wird das Unternehmen von einem Konsortium von Private-Equity-Firmen, darunter Actis Capital und Goldman Sachs finanziert. In diesem Geschäftsjahr weist Suntech einen Nettoumsatz von 226 Mio. $ und einen Reingewinn von 30,6 Mio. $ aus, die liquiden Mittel betragen am Ende des Jahres 359,3 Mio. $ - und die Produktionskapazität hat 150 MW erreicht.

Das erste Großprojekt, mit dem Suntech in die Presse kommt, ist das Beijing Bird Nest Stadium – dessen Kontrakt im April 2006 unterzeichnet wird. Das Pekinger Stadion erhält eine 130 kW PV-Anlage über den 12 Zugängen und wird eines der Vorzeigeprojekte der Olympischen Spiele 2008. Im Juli gibt die Suntech Power bekannt, daß mit dem US-Siliziumhersteller MEMC Electronic Materials ein Vertrag über die Lieferung von Solar-Wafern mit einer Laufzeit von 10 Jahren und einem Volumen zwischen 5 Mrd. $ und 6 Mrd. $ abgeschlossen wurde. Im August folgt die Gründung der nordamerikanischen Tochter Suntech America, Inc. – sowie die schrittweise Übernahme der japanischen MSK Corp., einem der größten japanischen Modulproduzenten, der zwei Fertigungsstätten mit zusammen 200 MW Kapazität besitzt und insbesondere für die Gebäudeintegration von Photovoltaik bekannt ist. Im ersten Schritt übernimmt Suntech zwei Drittel der MSK-Aktien für 107 Mio. $ in bar. Mit Abschluß des zweiten Schritts der Übernahme, der voraussichtlich Ende 2007 erfolgen wird, wird Suntech alle oder einen wesentlichen Teil der restlichen Anteile an der MSK erwerben. Erwirbt Suntech 100 % der restlichen Anteile, dann wird die Gegenleistung für den zweiten Schritt zwischen 53 Mio. $ und 193 Mio. $ in Form von Suntech-Aktien betragen. Außerdem wird angekündigt, im Caohejing Hi-Tech-Park in Shanghai neue Produktions- und F&E-Einrichtungen zu etablieren, die ihren Betrieb voraussichtlich im Frühjahr 2008 beginnen werden.

Im Oktober 2006 folgt ein Fünf-Jahres-Zuliefervertrag über Silizium-Wafer in Höhe von 180 Mio. $ mit dem weltweit führenden, norwegischen Polysilizium-Hersteller Renewable Energy Corporation ASA (REC) in Oslo, wobei als Handelsvertreter der REC interessanterweise die Sumitomo Corp. auftritt. Die Lieferungen werden im ersten Quartal 2007 beginnen. Im November wird mit dem Centre of Excellence for Advanced Silicon Photovoltaics and Photonics an der University of New South Wales (UNSW), Australien, mit welchem bereits eine lange und produktive Zusammenarbeit besteht, eine Vereinbarung geschlossen, die einen Beitrag für die UNSW in Höhe von 1,2 Mio. $ enthält – schließlich promovierte Suntech-Chef Dr. Shi 1992 an dieser Universität, wo er zum Spezialisten für kristalline Silizium-Solarzellen-Technologie wurde und 10 Patente in diesem Bereich erwarb.

Der Beitrag dient zur Finanzierung der Forschung und Entwicklung von Technologien, die den Wirkungsgrad von Solarzellen erhöhen und die Kosten pro Watt verringern sollen. Suntech und die UNSW haben gemeinsam bereits eine fortgeschrittene Siebdrucktechnik entwickelt, die unter Verwendung von Halbleiter-Fingern die Produktion von Solarzellen mit bis zu 18 % Wirkungsgrad ermöglicht. Eine Pilot-Produktion läuft schon erfolgreich, und die Produktion in großem Maßstab soll Ende dieses Jahres beginnen. Derweil arbeiten die Partner daran, die Technologie weiterzuentwickeln, um Zellen mit 20 % Wirkungsgrad zu erreichen, deren Pilot-Produktion dann im Folgejahr starten soll. Diese Halbleiter-Finger-Technologie wurde an der UNSW entwickelt: dabei verringern Finger aus stark dotierten Halbleitern, die parallel zu den elektrischen Kontakten der Vorderfläche verlaufen, den Effekt der toten Schicht (dead layer) bei kommerziellen Solarzellen. Diese Entwicklung wird später an der UNSW weiterverfolgt, denn beispielsweise 2012 werden sowohl auf der Photovoltaic Specialists Conference (PVSC) als auch auf der 27. EU PVSEC Vorträge darüber gehalten. Der Wirkungsgrad einer Siliziumsolarzelle mit Laser-dotierten Halbleiter-Fingern (laser-doped semiconductor fingers, SCF) konnte trotz der Jahre an Forschung bis dato nur auf 18,8 % gesteigert werden. Daran ändern auch schöne neue Begriffe und Zellkonzepte wie die Advanced Semiconductor Finger solar cell (AdvSCF) nicht viel – wo eine SCF-Zelle zusätzlich mit Metall beschichtet wird.

Im November wird ein weiterer Fünf-Jahres-Liefervertrag über Silizium-Wafer geschlossen, der ein Volumen von bis zu 580 Mio. $ aufweist, mit einer Abteilung der US-amerikanischen Sun Edison LLC wird ein Vertrag über die Lieferung von Solarmodulen im Wert von bis zu 90 Mio. $ unterzeichnet, gefolgt von einer weiteren Vereinbarung mit der Atersa, einer Tochter der spanischen Elecnor Group, bei der es um die Lieferung von Solarmodulen mit einer Leistung von 23,2 MW geht, die in einer Freilandanlage in Region Extremadura installiert werden sollen. Im Dezember werden zwei weitere Verträge gemeldet, zum einen ein Vertrag mit der kanadischen RISE Technologies Corp., welche zukünftig in das (BIPV) MSK Just Roof System in Kanada vertreiben wird, sowie ein Liefervertrag mit der Sunlight Group Inc. zur Versorgung mit Silizium-Wafern, der je nach tatsächlich abgerufener Menge und Preislage einen Umfang von bis zu 670 Mio. $ erreichen kann. Im Dezember 2006 erreichte die Produktionskapazität von Suntech 270 MW, und der Nettoumsatz stieg im Gesamtjahr auf 598 Mio. $.

Im Januar 2007 gibt das Unternehmen als erstes bekannt, daß es seine SCF-Zellen mit ihrem Wirkungsgrad von 18 % inzwischen erfolgreich kommerziell eingeführt habe. Außerdem wird die Tochterfirma Suntech Europe Ltd. mit Sitz in London gegründet, die sich in erster Linie um die Kunden in Europa, im mittleren Osten und Afrika kümmern wird. Im Februar wird eine umfangreiche Vertriebsvereinbarung mit der deutschen Conergy AG unterzeichnet, einem der weltweit größten Solarintegratoren, und im Mai der Baubeginn der neuen Dünnschicht-F&E- und Produktionsanlage in Shanghai bekanntgegeben, die im Folgejahr in Betrieb und ab 2009 bereits 50 MW produzieren soll. Im Juni folgt ein 10-Jahres-Vertrag mit dem Hersteller für multikristallines Solar-Silizium Hoku Materials, einer Tochter der Hoku Scientific Inc., der ebenfalls ab 2009 in Kraft treten wird und ein geschätztes Volumen von 678 Mio. $ hat, und im September wird mit der Akeena Solar Inc. vereinbart, daß Suntech im kommenden Jahr zwischen 10 MW und 14 MW der Andalay-Solarpaneele von Akeena herstellt und ausliefert. Auf dem amerikanischen Markt werden zeitgleich neue Module der MSK-Linie eingeführt (Black Label, 170 W). Ein weiterer Vertrag zur Lieferung von 510 MW Solar-Wafer im Laufe von vier Jahren wird mit der ReneSola Ltd. abgeschlossen, und mit der Asia Silicon Co. Ltd. sogar ein Sieben-Jahres-Vertrag zur Lieferung von hochreinem multikristallinem Silizium, der einen Wert von 1,5 Mrd. $ hat. Ansonsten wird in diesem Monat die Eröffnung des neuen Hauptquartiers in San Francisco gemeldet – sowie die Tatsache, daß Suntech eine Anzahl seiner MSK-BIPV-Module der Texas A&M University (TAMU) spendet, als Beitrag zur Beteiligung der Universität an dem diesjährigen, bereits dritten Solar Decathlon (den dann übrigens die Universität Darmstadt gewinnt, s.u. Solarhäuser und solare Bauelemente 2007).

Im November schließt Suntech einen Vertrag mit siebenjähriger Laufzeit ab 2009 mit der Nitol Solar Ltd., bei dem es ebenfalls um die Lieferung von multikristallinem Silizium geht. Zwei weitere Vereinbarungen über Silizium-Wafer, eine davon ebenfalls über sieben Jahre, werden mit einem (ungenannten) großen südkoreanischen Konzern unterzeichnet. In diesem Monat wird außerdem die Installation der ersten Stufe einer 3 MW Anlage der Korea Western Power Co. Ltd. in Samryangjin abgeschlossen, einer Tochter der KEPCO, dem größten Energieversorgung des Landes.

Daß Suntech auch die allgemeinen ökologischen Belange nicht aus dem Auge verloren hat, bestätigt sich, als das Unternehmen im November bekannt gibt, daß es die Green Long March Initiative unterstützt, die Anfang 2007 von der Organisation Future Generations und der Beijing Forestry University ins Leben gerufen wurde. Dabei handelt es sich um ein landesweites Jugend-Programm zur Erhaltung der Umwelt in 22 Provinzen und 26 nationalen Naturschutzgebieten. Dabei reisen Staffeln von insgesamt 2.000 Studenten aus 43 chinesischen Universitäten mit Bahn und zu Fuß entlang 10 Routen durch China, um unter den Bürgern ein besseres Verständnis der ökologischen Herausforderungen und Erfolge sowie die nachhaltige Entwicklung in China zu fördern. Suntech sponsert dabei die Yellow River Route, die entlang Chinas zweitlängsten Flusses von der westlichen Provinz Qinghai bis zur östlichen Provinz Shandong führt, wo der Fluß das Meer erreicht. Im Dezember wird Dr. Shi für seinen herausragenden Beitrag zum Umweltschutz und Umweltbewußtsein in China als Green Person of the Year ausgezeichnet. Im selben Monat wird auch die von SunPower geplante und installierte, und von Fotowatio betriebene 14 MW Solaranlage auf der Nellis Air Force Base in Nevada eröffnet, die zu diesem Zeitpunkt als eine der größten PV-Anlagen in der westlichen Hemisphäre gilt und mehr als 25 % des Strombedarfs der Luftwaffenbasis deckt. Etwa 10 % der 72.416 Solarpaneele, von denen ein Drittel von Suntech stammt, sind auf 5.821 einachsigen T20-Solarnachführungen mit schräger Achse von SunPower installiert. Im Laufe des Jahres 2007 hat das Unternehmen rund 364 MW Solarmodule verschifft und einen Umsatz in Höhe von knapp 1,35 Mrd. $ verzeichnet. Der Jahresgewinn beträgt 201 Mio. $, und die Produktionskapazität ist auf 540 MW angestiegen.

Im Januar des Jahres 2008 bekommt Suntech die Andalay Solarpaneele-Technologie von Akeena Solar lizenziert, um sie in Europa, Japan und Australien zu vertreiben, im Februar werden Vertriebbüros in Deutschland und Spanien eröffnet, und im März gibt es wieder einmal einen Liefervertrag für multikristallines Silizium mit der südkoreanischen DC Chemical Co. Ltd., der mit einer Laufzeit von acht Jahren einen Wert von rund 631 Mio. $ hat. Mit der Firma Nitol Solar Ltd. (s.o.) wird eine Vereinbarung unterzeichnet, in deren Rahmen Suntech für bis zu 100 Mio. $ eine Minderheitsbeteiligung an der Nitol Solar erwirbt, in Form neu ausgegebener Stammaktien. Nitol Solar produziert bereits kommerzielle Mengen von Trichlorsilan-Gas, das bei der Herstellung von Polysilizium verwendet wird. Außerdem ist die Firma zu diesem Zeitpunkt gerade dabei, in der Nähe von Irkutsk in Sibirien, Rußland, eine Anlage zur Herstellung von Polysilizium mit einer Jahreskapazität von 3.700 Tonnen zu errichten. Suntechs Investition wird es Nitol Solar erlauben, mit dem Bau der Anlage fortzufahren, der voraussichtlich im Jahr 2009 abgeschlossen sein wird. Die neue Anlage wird fortschrittliche Produktionsausrüstungen und die Siemens-Herstellungstechnik mit entwickelten Recycling-Prozessen nutzen, um eine saubere und sichere Herstellung von gereinigtem Polysilizium zu gewährleisten.

Im April wird der bestehende Liefervertrag mit der Nitol Solar quantitativ erweitert, das Unternehmen wird von Frost & Sullivan mit dem Preis Solar Energy Development Company of the Year ausgezeichnet, und mit der italienischen Firma Enerray wird die Lieferung von 4 MW Solarmodule vereinbart, die als Dachanlagen auf großen Industriekomplexen in Italien installiert werden sollen. Für einen Betrag von 98,9 Mio. $ wird im Mai eine Minderheitsbeteiligung an der Shunda Holdings Co. Ltd. erworben, einem chinesischen Hersteller von Solar-Ingots und -Wafern. Mit einer Tochterfirma von Shunda wird gleichzeitig ein Liefervertrag für rund 7 GW Silizium-Wafer mit einer Laufzeit von 13 Jahren unterzeichnet. Im Mai wird die Übernahme der MSK Corp. beendet (s.o.), und mit der WACKER SCHOTT Solar GmbH, einem Joint-Venture der Wacker Chemie AG und der SCHOTT Solar GmbH, wird ebenfalls ein langfristiger Vertrag zur Lieferung von 220 MW Silizium-Wafer beschlossen. Auf der Intersolar im Juni in München stellt Suntech neue BIPV-Produkte der MSK Solar Design Linie für den europäischen Markt vor, darunter die Montagesysteme Just Roof und QuikSnap, sowie die teiltransparenten Light Thru Module, bei denen die Solarzellen zwischen zwei Glasplatten eingebaut sind.

Im Juni 2008 investiert Suntech in Global Solar Fund (GSF), ein Unternehmen, das selbst wiederum in Solarkraftwerke in Spanien und Italien investiert (mehr dazu: siehe 2010).

Eine zweijährige Vereinbarung zur Lieferung von 30 MW Solarmodulen wird im Juli mit der Enel.si abgeschlossen, einer Tochter von Italiens größter Energiefirma Enel, während die Einkaufsabteilung von Suntech einen Fünfjahresvertrag mit dem britischen Hersteller multikristalliner Solarwafer PV Crystalox Solar PLC abschließt, um die Versorgung mit weiteren 260 MW Silizium-Wafern sicherzustellen. Im August folgt ein weiterer Vertrag mit der GCL Silicon Technology Holdings Inc., in dessen Rahmen Suntech bis 2012 mit 9.420 Tonnen Polysilicon und 1,1 GW Wafern beliefert wird, und eine neue, aber nicht besonders schöne Solarschindel kommt auf den US-Markt: Hersteller der Lumeta Solar Tiles ist die Firma Lumeta Solar Inc. aus Irvine, Kalifornien, und zum Einsatz kommen pro Schindel 12 Stück monokristalline 28 W Siliziumzellen von Suntech. Im September wird der bereits zweite Sieben-Jahres-Vertrag mit der DC Chemical über Polysilicon im Wert von rund 750 Mio. $ unterzeichnet. Nachschubprobleme sollte es für Suntech bei der Vielzahl dieser Verträge eigentlich nicht mehr geben... doch ist das wirklich der Weisheit letzter Schluß?

Ebenfalls im September meldet das Unternehmen den ersten Spatenstich für ein PV-Zellen-Werk in Yangzhou, Provinz Jiangsu, das ab dem Folgejahr mit einer Produktionskapazität von 300 MW an den Start gehen soll. Die neue Produktionsstätte liegt in der Nähe von Suntechs Silizium-Lieferpartner Shunda Holdings Co. Ltd., und ist nur zwei Stunden Fahrzeit vom Suntech-Hauptquartier in Wuxi entfernt - weshalb das Unternehmen mit „operativen Synergien rechnet, welche voraussichtlich die Initiativen zur Kostensenkung und den Weg zur Netzparität beschleunigen werden“. In diesem Monat meldet die Firma Open Energy Corp. den Abschluß ihrer bislang größten Solarinstallation für die neue, von dem Architekten Renzo Piano entworfene, kalifornische Akademie der Wissenschaften im Golden Gate Park in San Francisco, wo 720 von Suntech hergestellte Glasscheiben mit eingebetteten Solarzellen das gesamte Gebäude umgeben und damit eines der größten PV/Glas-Vordächer in den USA bilden. Außerdem wird Suntech ausgewählt, um 1,6 MW Solarpaneele an die Sun Devil Solar LLC zu liefern, eine Tochter der Integrys Energy Services. Zum Einsatz kommen die Paneele an der Arizona State University, wo sie sonnennachgeführt auf zwei erhöhten Parkhäusern in der Mitte des Hauptcampus installiert werden. Suntech schließt in diesem Monat auch die Installation einer 500 kW Solarstromanlage aus rund 3.000 Solarpaneelen auf dem Terminal 3 des San Francisco International Airport ab.

Im Oktober 2008 wird gemeinsam mit MMA Renewable Ventures, eine Tochter der Municipal Mortgage & Equity LLC, das Joint-Venture Gemini Solar Development Co. gegründet, um PV-Projekte größer als 10 MW zu entwickeln und zu finanzieren. Außerdem wird die Übernahme der kalifornischen Firma EI Solutions aus San Rafael bekanntgegeben, die bereits viele solar Projekte für US-Firmen entwickelt und verwirklicht hat, darunter Google, Disney, Sony Pictures, The North Face und Puget Sound Energy. Ein Übernahmepreis wird nicht genannt, und weitergeführt wird die Firma unter dem Namen Suntech Energy Solutions.

Im November erhält Suntech die Genehmigung, im Rahmen des Subventions-Programms der chinesischen Regierung rund 18,2 MW Solarpaneele als Dachanlagen und gebäudeintegrierte Solarsysteme zu installieren. Von der ersten Projektcharge in Höhe von 91 MW hat sich das Unternehmen damit etwa 20 % gesichert. Im Dezember wird die gemeinsam mit der Gildemeister-Tochter a+f GmbH durchgeführte Errichtung von zwei Solarkraftwerken in Spanien abgeschlossen, bei denen 450 einachsige SunCarrier Solarnachführungssysteme von a+f zum Einsatz kommen, die gegenüber fest installierten Solarpaneelen eine Ertragssteigerung bis zu 32 % versprechen. Suntech liefert etwa die Hälfte aller Module der 8,5 MW Anlage in Alange sowie der 7,4 MW Anlage in Alconera. Mit der Open Energy Corp. (die ihren Namen Anfang 2009 in Applied Solar Inc. ändert) wird ein exklusiver, weltweiter Lizenzvertrag zur Herstellung, Vermarktung und zum Vertrieb innovativer und eleganter Solar-Dachschindel abgeschlossen, die jeweils 50 W produzieren und den verschiedenen Farben lieferbar sind. Für die kommende World Expo Shanghai 2010 erhält Suntech den Auftrag, BIPV-Systeme im Umfang von insgesamt 3 MW zu entwerfen, zu liefern und zu installieren, die auf dem chinesischen und verschiedenen Themen-Pavillons installiert werden sollen. Äußerst korrekt berichtet Suntech in diesem Monat aber auch darüber, daß es in einer seiner Fabriken einen Unfall mit sieben verletzten Mitarbeitern gegeben habe.

Eine weitere Meldung vom Dezember, die ich nicht unkommentiert lassen möchte, betrifft den Netzanschluß einer 50 kW Dachanlage bei der Golan Heights Winery in der Siedlung Katzrin, die gemeinsam von Suntech und der israelischen Firma Solarit Doral errichtet worden ist und zu diesem Zeitpunkt als Israels größte Solaranlage gilt... wenn sie denn nicht auf den widerrechtlich besetzten Golanhöhen stünde – und damit eigentlich als syrische Solaranlage zu bezeichnen wäre! Und das meine ich jetzt politisch – nicht polemisch...

Der Gesamtumsatz des Jahres 2008 hat 1.923,5 Mio. $ betragen, es wurden 497,4 MW Solarprodukte verschifft und 149,7 Mio. $ Gewinn erwirtschaftet.

Im Januar 2009 wird gefeiert: Die Produktionskapazität für Zellen und Module der Fabrik in Wuxi hat 1 GW erreicht – Anlaß genug für die Eröffnung eines neuen Hauptquartiers, das die zu diesem Zeitpunkt weltgrößte netzangebundene Solarfassade mit einer Gesamtfläche von 18.000 m² besitzt: Die 2.552 Stück halbtransparente Light Thru Paneele mit einer Länge von jeweils 2 m liefern gemeinsam mit einem Array aus 2.000 Stück kleinerer Module auf dem Dach insgesamt 1 MW und sollen übers Jahr mehr als 1 Mio. kWh ins Netz einspeisen. Bei dem Gebäude wurden außerdem besonders energieeffiziente Baumaterialien eingesetzt, und es ist mit einer Geothermie- Temperaturregelung, Bewegungsmelder-gesteuerten Beleuchtungssystemen und einem Wasser-Recycling-System ausgestattet. Im selben Monat wird bekannt, daß Suntechs Solarmodule nun auch für eine Solarfarm von Masdar City in Abu Dhabi vorgesehen sind, wo sie 5 MW der Gesamtleistung von 10 MW liefern werden. Die anderen 5 MW werden Dünnschicht-Solarmodule von First Solar sein. Die bislang größte PV-Anlage im Nahen Osten soll bereits im März in Betrieb gehen.

Außerdem wird eine Vertriebsvereinbarung mit der Standard Solar Inc. in Maryland geschlossen. Im Februar folgt eine einstweilige Verfügungen in Deutschland gegen die in Hongkong ansässige ‚Suntech Power Holding (Hongkong) Co. Ltd.’, die in keinem Zusammenhang mit der (hier behandelten, originalen) Suntech Power Holdings Co. Ltd. hat, und der nun verboten wird, weiter Produkte unter der Marke ‚Suntech’ zu vertreiben. Für rund 8,1 Mio. $ wird in diesem Monat ferner eine Minderheitsbeteiligung an der Asia Silicon Co. Ltd. erworben, mit der seit einiger Zeit ein langfristiger Liefervertrag besteht (s.o.).Mit der US-Firma Eagle Roofing Products wird eine exklusive Vertriebsvereinbarung für die SolarBlend-Dachziegel für Nordamerika geschlossen – und mit der House Care Co. Ltd., einer Tochter der West Holdings Group, eine Vertriebsvereinbarung für Suntech-Produkte in Japan.

Im März wird die Suntech-Tochter Gemini Solar ausgewählt, um für Austin Energy, einen kommunalen Energieversorger in Austin, Texas, bis Ende des Folgejahrs ein 30 MW PV-Kraftwerk zu bauen, wobei Gemini gleichzeitig einen 25-Jahres-Vertrag mit der Stadt Austin unterzeichnet, um dieser jährlich für 10 Mio. $ Strom zu verkaufen. Das Projekt wird später jedoch nicht realisiert. Mit der 3rd Rock Systems and Technologies Inc., einem Solar-Projektentwickler in San Francisco, wird im gleichen Monat eine strategische Allianz geschlossen, um für Projekte in den Vereinigten Staaten 7,2 MW zu liefern.

Zur Earth Hour 2009 am 28. März schaltet auch Suntech die Lichter am Hauptquartier in Wuxi für eine Stunde aus – während man gleichzeitig stolz bekannt gibt, daß mittels der Pluto-Technologie die multikristallinen Zellen auf 17,2 % kommen, während die monokristallinen Zellen inzwischen Wirkungsgrade von 18,8 % erreichen, wie das Fraunhofer ISE bestätigt. Beide Zellentypen sind auf der 34 MW Pluto-Suntech Fertigungslinie auf Solarsilizium-Wafern produziert worden. Im Labor erreicht eine Pluto-Zelle bereits etwa 25 %, was aktuell einen Weltrekord für kristalline Silizium-Solarzellen darstellt. Die Pluto-Zellen basieren auf der PERL-Technologie der Universität von New South Wales in Australien, an der Suntech Gründer Shi viele Jahre gelehrt hatte. Die Technologie beinhaltet im wesentlichen eine Texturierung der Schichten im Inneren der Zelle, um das Licht besser einzufangen, sowie besonders dünne Metall-Leitungen, um die Beschattung zu reduzieren. Ebenfalls im März kauft die spanische Firma Fotowatio Renewable Ventures für 19,7 Mio. $ die Mehrheit an der MMA Renewable Ventures aus Baltimore, Maryland, mit welcher Suntech im Vorjahr die gemeinsame Tochter Gemini Solar gegründet hatte (s.o.). Dieses Joint-Venture soll im Rahmen der Partnerschaft zwischen Suntech und Fotowatio weitergeführt werden – immerhin ist Fotowatio einer der größeren Kunden von Suntech in Europa. Nun hofft man eine synergistische Zusammenarbeit zwischen Suntech, Fotowatio und MMA.

Im März 2009 wird außerdem der Erwerb von bis zu 75 % der Anteile an der CSG Solar, einem deutschen Unternehmen zur Entwicklung, Herstellung und Vermarktung von PV-Zellen auf der Basis von kristallinem Silizium auf Glassubstrat, für einen Gesamtbetrag von bis 7 Mio. € beschlossen. Im April wird die erste von drei Tranchen vollzogen, bei der Suntech eine 21,8 %-ige Minderheitsbeteiligung für 650.000 € übernimmt, zusätzliche 1,7 % der Anteile sollen von einem bestehenden Aktionär erworben werden. Später hört man jedoch nichts mehr über diese Beteiligung – auch auf der Suntech-Homepage läßt sich nichts dazu finden.

Im April folgt der Beginn einer Zusammenarbeit mit der Swinburne University of Technology, um innerhalb von fünf Jahren die nächste Generation von Solarzellen zu entwickeln. Diese sollen doppelt so effizient sein wie die gegenwärtig verfügbaren Zellen, aber nur halb soviel kosten. Das Projekt wird mit jeweils 3 Mio. $ von Suntech und der Universität finanziert, hinzu kommt eine Förderung durch die Regierung von Victoria. Daneben wird eine Liefervereinbarung über mindestens 6 MW an Modulen mit dem PV-Systemintegrator Soleos Solar GmbH geschlossen.

Suntech tritt im Mai 2009 der PV CYCLE Association bei, um sich an der Schaffung eines freiwilligen Rücknahme- und Recycling-Programms für abgelaufene PV-Module zu beteiligen, mit die Schweizer Sunergic SA wird die Lieferung von 1 MW vereinbart, und mit der National Semiconductor eine Absichtserklärung unterzeichnet, um gemeinsam die SolarMagic Technologie der Firma weiterzuentwickeln. Und nur zwei Monate, nachdem China sein erstes nationales Solar-Förderprogramm angekündigt hat, reicht Suntech bereits Projekte im Umfang von 179 MW ein.

Ebenfalls im Mai meldet die israelische Firma SBY Solutions Ltd., daß sie für mehr als 35 Mio. $ Solarpaneele von Suntech bestellen wird, um in Israel und Italien Solarprojekte im Umfang von insgesamt rund 18 MW zu errichten. Dazu wird erwartet, daß sich Suntech gemeinsam mit der staatlichen Israel Electric Corp. Ltd. an der Entwicklung innovativer Technologien und Solarprojekte beteiligen wird.

Im Juni wird eine Allianz mit Petra Solar Inc. geschlossen, ein Wandelanleihe in Höhe von 50 Mio. $ mit der IFC abgemacht, einem Mitglied der Weltbank-Gruppe, und am Standort in Wuxi er öffnet Suntech das erste Modul Testlabor in China. Im Juli wird bekannt, daß Suntech Solarmodule mit den neuen, hocheffizienten Pluto-Zellen für eine 500 kW Solaranlage zur Versorgung der Sydney Theatre Company (STC) liefern wird, als eine von mehreren Initiativen des ‚Greening the Wharf’ Projekts in Sydney, die den Strombezug der STC aus dem Netz um bis zu 70 % reduzieren soll. Die Familienstiftung des Ehepaars Dr. Zhengrong und Vivienne Shi spendet 2 Mio. $ zur Finanzierung des Projekts, während die australische Regierung 1,2 Mio. $ bereitstellt. Neben der PV-Anlage werden bei dem generalüberholten Kai verschiedene Energieeinsparungsprojekte sowie ein Regenwasser-Sammelsystem umgesetzt.

Für diverse Projekte in China mit einem Gesamtvolumen von 1,8 GW wird eine Reihe von strategischen Abkommen mit den Stadt- und Provinzregierungen von Shaanxi, Shizuishan, Ningxia, Qinghai und Panzhihua geschlossen, um dort in mehreren Stufen Solarprojekte zwischen 300 MW und 500 MW entwickelt werden sollen. Im selben Monat wird Firmengründer Shi mit dem World Technology Network Award for Energy ausgezeichnet, mit der China Huadian New Energy Development Co. Ltd. wird die Installation von 500 MW kommerzieller Projekte in den westlichen Provinzen Jiangsu und Shanghai vereinbart, sowie mit der China Energy Conservation Investment Corporation (CECIC) eine strategische Vereinbarung geschlossen, um in den nächsten fünf Jahren große On-Grid-Projekte, urbane BIPV-Projekte, ländliche Off-Grid-Projekte sowie Wind-Solar-Hybridprojekte zu entwickeln.

Im August 2009 unterzeichnet Suntech einen Vertrag mit der Recurrent Energy, um 25.000 Module für ein 5 MW Solarstrom-Projekt der San Francisco Public Utilities Commission auf dem Sunset Reservoir in San Francisco zu liefern. Mit der Aldar Properties PJSC wird vereinbart, über 1.120 Paneele für eine 292 kW-Anlage des The Shams Tower (= Sonnenturm) in Abu Dhabi zu liefern (s.u. Solarhäuser und solare Bauelemente 2009), und Suntech gibt bekannt, daß man mit einem kommerziellen multikristallinen Silizium-Solarmodul einen neuen Weltrekord-Wirkungsgrad von 15,6 % erreicht habe, den auch schon das ISE in Deutschland bestätigt hat. Damit wird der seit 15 Jahren gültige Rekord der Sandia National Labs gebrochen.

Im September stellt das Unternehmen ein neues multikristallines Modul der Wd-Serie mit 60 Zellen für Dachanlagen vor, das wahlweise mit 220 W oder mit 225 W ausgeliefert wird. Außerdem kann der Rekord des Vormonats gebrochen werden – mit nun erreichten und ebenfalls vom ISE nachgemessenen 16,53 % (auf der Absorptionsfläche). Suntechs Weltrekord-Modul setzt Pluto-PV-Zellen aus multikristallinem Silizium ein, die einen Wirkungsgrad von über 17 % erzielen. Zeitgleich gehen in Shizuishan, in der autonomen Region Ningxia, die ersten 10 MW des CECIC-Projekts ans Netz.

Um Solarprodukte auch in Pakistan auf den Markt zu bringen, wird im Oktober eine Zusammenarbeit mit dem dortigen Alternative Energy Development Board (AEDB) vereinbart. Ebenfalls in diesem Monat wird die Firma Array Technologies Inc. ausgewählt, um ihre speziell optimierten DuraTrack HZ Solar-Nachführungssysteme zur Reliathon Plattform von Suntech beizusteuern, einer neuen, voll integrierten Lösung, mit der die Entwicklung von großen Solarfarmen beschleunigt werden soll. Mit der Advanced Energy Industries Inc. (AE) wird ein mehrjähriger Vertrag zur Belieferung mit Solaron Invertern von AE abgeschlossen, die ebenfalls für das Reliathon Programm vorgesehen sind.

Im November wird mit der enXco, einer Firma der französischen EDF Energies Nouvelles, die Lieferung von 115 MW Solarmodule ausgemacht, die für Dach- und Freilandanlagen in den USA und Kanada gedacht sind, und mit dem strategischen Partner Huadian New Energy Development Co. Ltd. (HNE) ein 10 MW Solarkraftwerk in Dongtai, Provinz Jiangsu, entwickelt, für das Suntech mehr als 37.000 Solarmodule liefern wird. Außerdem gibt das Unternehmen bekannt, daß es seine erste US-Produktionsstätte für den wachsenden nordamerikanischen Markt in der Stadt Goodyear in Arizona errichten wird. Die 30 MW Fabrik, in der Zellen aus chinesischer Produktion zu Modulen verarbeitet werden sollen, wird ihre Produktion voraussichtlich im dritten Quartal des Folgejahres aufnehmen. Im Dezember folgen eine Absichtserklärung mit der Pure Energie aus Ontario in Kanada, bei der es um die Lieferung von bis zu 17 MW Solarprodukte geht, sowie drei langfristige Lieferverträge mit ungenannten europäischen Firmen für Hochleistungs-Solarmodule bis zu 490 MW.

Die Abschlußzahlen für 2009 lauten: Gesamtumsatz 1.693,3 Mio. $, 704 MW verschiffte Solarprodukte und 91,5 Mio. $ Gewinn.

Im Januar 2010 ist Dr. Shi Finalist des renommierten Zayed Future Energy Prize (Abu Dhabi) und darf 350.000 $ mit nach Hause nehmen. Im Februar liefert Suntech Solarmodule für 19 Schulen in ländlichen Dörfern des Bekaa-Tals und des Nordlibanon, wobei die Firma mit lokalen Partnerorganisationen und dem libanesischen Integrator ASACO General Trade & Contracting zusammenarbeitet. Die Einzelanlagen haben eine Leistung zwischen 1,2 kW und 1,8 kW. Das vom United Nations Development Program (UNDP) etablierte und vom Country Energy Efficiency and Renewable Energy Demonstration Project for the Recovery of Lebanon (CEDRO) gesponserte Vorhaben bildet zusammengenommen die größte Solar-Initiative im Libanon zu diesem Zeitpunkt. Im März wird Suntech ausgewählt, um ab Juli 16.640 fortschrittliche polykristalline 280 W Module für das größte Solarkraftwerk in Taiwan zu liefern, eine 4,7 MW Anlage der Taiwan Power Co. in Young’an, Kaohsiung, die von der Fortune Electric Co. Ltd. entwickelt wird. Zeitgleich geht im Süden Kaliforniens nahe dem Rincon Casino des Betreibers Harrah eine 1 MW Anlage in Betrieb, die fast ein Viertel des Stromverbrauchs des Casinos deckt.

Das 121 Jahre alte Rathaus in Sydney bekommt im April eine 48 kW Dachanlage – bei der erstmals Paneele mit der neuen Pluto-Technologie eingesetzt werden, deren monokristalline Zellen aus kommerzielle Produktion inzwischen einen Wirkungsgrad von 19 % erreichen. Anläßlich des Earth Day 2010 verschenkt das Unternehmen eine 10 kW Solaranlage an die non-profit Organisation Nurturing Minds, um damit eine Mädchenschule in Morogoro, Tansania, zu versorgen – und beteiligt sich zusammen mit der URS Corp. an der Finanzierung einer gleichfalls 10 kW leistenden Anlage für die McNeil High School in Austin, Texas. Im Mai wird ein dreijähriges Kooperationsprojekt vom Australian Solar Institute (ASI) mit 5 Mio. AU-$ bezuschußt, bei dem Suntech, die University of New South Wales (UNSW) und die Firma Silex Solar gemeinsam fortschrittliche Technologien zur weiteren Verbesserung der Effizienz kristalliner Silizium-Solarzellen erforschen werden.

Ebenfalls im Mai 2010 geht mit FinowTower I das zu diesem Zeitpunkt mit 24,3 MW fünftgrößte deutsche Solarstrom-Kraftwerk ans Netz – welches mit seiner Erweiterung auf 84,7 MW (FinowTower II) im Dezember 2011 zeitweilig zu Europas größtem Solarpark wird. Die Anlage bedeckt eine Fläche von rund 185 ha und kann nach Fertigstellung 23.500 Haushalte mit Strom versorgen. Errichtet wird das insgesamt 178 Mio. € teure Kraftwerk von der solarhybrid AG als Generalunternehmer auf dem ehemaligen Militärflugplatz Finow in der Gemeinde Schorfheide, ca. 50 km nordöstlich von Berlin. Der Solarpark ist in zehn Baufelder aufgeteilt, von denen jedes einzelne von einer eigenen Betriebsgesellschaft gehalten und betrieben wird. Verbaut sind insgesamt 317.880 Stück STP 190 W Module von Suntech.

Ich habe diese Projekt hier etwas ausführlicher dargestellt, weil es eine passende Synchronizität gibt: Exakt zu dem Zeitpunkt, an dem ich an diesem Update arbeite (im März 2013), erhalte ich den Auftrag, als Dolmetscher eine Exkursion libanesischer Ingenieurinnen und Ingenieure zu begleiten – um unter anderem genau dieses Solarkraftwerk zu besichtigen!

Im Mai 2010 garantiert Suntech eine Finanzierungsanordnung von 554,2 Mio. € durch die China Development Bank an Unternehmen im Zusammenhang mit dem Global Solar Fund (GSF), unter Einsatz von 560 Mio. € in Form deutscher Staatsanleihen aus dem Kapital der GSF als Sicherheit (weiter: siehe Mitte 2012). Außerdem wird mit dem israelischen Solarunternehmen Solar By Yourself die Lieferung von Solarpaneelen im Wert von 35 Mio. $ für Projekte in Israel und Italien vereinbart.

Im Juni 2010 startet Gavin Jennings, Minister für Umwelt, Klimaschutz und Innovation des Bundesstaates Victoria, in Melbourne offiziell die Victoria-Suntech Advanced Solar Facility (VSASF), ein Gemeinschaftsprojekt von Suntech und der Swinburne University of Technology, das teilweise durch einen Zuschuß des Victorian Science Agenda Investment Fund in Höhe von 3 Mio. AU-$ finanziert wird. Die Leitung liegt in den Händen von Dr. Shi und Prof. Min Gu, Direktor des Swinburne Centre for Micro-Photonics, und die Zusammenarbeit bietet den Partnern eine Plattform zur Vermarktung von NANOPLAS, einer revolutionären nanoplasmonischen Solarzellentechnologie, die seit 2009 an der Swinburne University entwickelt wird (s.o.). Die neue Technologie soll Solarenergie effizient aus einem breiteren Farbspektrum sammeln können als Zellen, die derzeit in anderen Labors entwickelt werden.

Im gleichen Monat nimmt Suntech gemeinsam mit der australischen Firma Solar Sailor auf dem Fluß Huangpu in Shanghai das SunTech Guosheng VIP Touristenboot (auch als Suntech-Guosheng solar sailor bekannt) für die Weltausstellung in Shanghai in Betrieb, das mit dem zur Zeit weltweit größten ‚Solarsail’-Solarsegel ausgestattet ist. Das 31,5 m lange Solarboot ist auch das bislang größte Schiff, das Solar Sailor hergestellt hat. Mehr zu Solar Sailor findet sich unter Elektro- und Solarschiffe 2000, 2006, 2009.

Ebenfalls im Juni meldet Suntech, daß man bis zu diesem Zeitpunkt bereits 2,2 GW Solarprodukte an mehr als 1.400 Kunden in über 80 Ländern geliefert habe – und feiert das 10-Millionste Solarmodul (das bereits im März hergestellt wurde). Aus diesem Anlaß wird im Hauptquartier der Firma ein Low Carbon Concept Museum eröffnet – und eine Niederlassung im französischen Montbonnot. Außerdem wird die oben erwähnte Liefervereinbarung über Polysilicon mit der Hoku Materials Inc. neu ausgehandelt, und die Chinesische Regierung macht Suntech förderfähig für ein 7,3 Mrd. $ Darlehen durch die chinesische Entwicklungsbank, um die weitere Expansion des Unternehmens zu finanzieren.

Im August wird mit Azure Power, Indiens führender unabhängiger Solarenergie-Produzent, ein Vertrag über mehrere Megawatt Solarzellen unterzeichnet, die für Großanlagen in verschiedenen Staaten in Indien gedacht sind, und mit der Bangchak Petroleum Public Co. Ltd. sowie dem Integrator Solartron Public Co. Ltd. wird die Lieferung von 34,5 MW Solarmodulen für die erste Phase des etwas außerhalb von Bangkok liegenden, und mit 44 MW größten Solarkraftwerks in Thailand und Südostasien vereinbart. Den ersten Spatenstich für das Projekt, das bis Ende 2011 abgeschlossen werden soll, setzt der thailändische Energieminister Dr. Wunrattana Chanukul persönlich. Im selben Monat veröffentlicht Suntech Schätzungen, denen es im laufenden Jahr 2010 Verluste zwischen 147 Mio. $ und 179 Mio. $ erwartet. Grund dafür sind Suntechs erfolglose Experimente mit amorphen Silizium-Dünnschichtmodulen sowie Investitionen in den Wafer-Hersteller Shunda in Höhe von 106 Mio. $ und 126 Mio. $ (s.o.). Die Beendigung des amorphen Projekts nach dem Fall der Preise für kristalline Silizium-Solarzellen wird zwischen 50 Mio. $ und 55 Mio. $ kosten. Bei Suntech waren drei Dünnschicht-Experimente am laufen. Unter anderem hatte man von Applied Materials ein komplettes SunFab System zur Herstellung von amorphen Silizium-Modulen gekauft, aus dem jedoch teure Paneele resultierten, die auch nicht so effizient waren wie Paneele, die mittels konkurrierenden Ausrüstungen hergestellt wurden. Das zweite Experiment war die teilweise Übernahme der CSG Solar, während der dritte Ansatz ein nicht näher bezeichnetes Dünnschicht-Projekt betraf, das im eigenen Haus verfolgt wurde.

Suntechs neue 30 MW Fabrik in Goodyear wird im Oktober eröffnet – und soll schon im Folgejahr auf 50 MW und später auf 120 MW erweitert werden. Zu Beginn wird die Anlage 280 W Module der Vd-Serie produzieren. Zeitgleich wird mit der Calisolar Inc., einem vertikal integrierten Hersteller von Solar-Silizium, Wafern und Zellen, eine Absichtserklärung unterzeichnet, bei der es um die gemeinsame Errichtung einer Produktionsstätte für Solar-Silizium in Ontario, Kanada, geht. Im November meldet Suntech zum einen, daß man nun auch noch die Module der 2. Phase der 44 MW Solarfarm in Thailand liefern wird, und zum anderen, daß man dabei sei, 375 MW Ingot- und Waferschneidenkapazität in China zu erwerben, und zwar von einer Tochtergesellschaft der Glory Silicon Technology Investments (Hong Kong) Ltd., an der Suntech bereits eine Beteiligung hält. Nun will Suntech die restlichen 70 % der Anteile für eine Barzahlung in Höhe von ca. 127 Mio. $ erwerben. Im Dezember kündigt Suntech ein Joint-Venture mit der Wuxi Industrial Development Group und der Wuxi New District E&D-Group an, um gemeinsam auf dem Suntech Wuxi Campus eine PV-Zellen Fertigungsstätte mit einer Jahresproduktionskapazität von 1,2 GW zu errichten und zu betreiben. Suntech wird mit einen Beitrag von rund 60 Mio. $ einen Anteil von 40 % an dem neuen Projekt besitzen. Die ersten 600 MW Produktionskapazität sollen bereits Mitte 2011 in Betrieb gehen.

Im Laufe des Gesamtjahres 2010 hat Suntech Solarpaneele mit einem Volumen von 1,572 GW verschifft, einen Umsatz von gut 2,9 Mrd. $ und einen Gewinn von 262,3 Mio. $ gemacht. Die Zellen- und Module-Herstellungskapazität beträgt 1,8 GW sowie 500 MW Silizium-Ingots und -Wafer.

Das Jahr 2011 beginnt mit der Unterzeichnung eines Rahmenvertrags mit Siemens Energy, bei dem die Suntech-Module in verschiedenen europäischen Projekten eingesetzt werden sollen. Gleichzeitig beginnt an der Produktionsstätte in Goodyear ein Zweischichtenbetrieb. Im Februar gewinnt Suntech gemeinsam mit der Zachry Holdings Inc. einen Auftrag von Sempra Generation über die Entwicklung und Konstruktion des 150 MW Mesquite Solar 1 Projekts in Arizona, wo 800.000 multikristalline Solarpaneele installiert werden sollen, und im März gibt das Unternehmen bekannt, daß es eine 10 MW Solarfarm auf dem Dach der Welt installieren wird. Standort ist das tibetische Dorf Chek Kang im Bezirk Sangri, Präfektur Shannan, womit die Anlage in 4.000 m Höhe über dem Meeresspiegel eine der weltweit ‚höchsten’ ist. Suntech hat im Laufe der letzten Jahre mehr als 50 Solaranlagen für Schulen, Gemeindezentren und Häuser in der gesamten Region gespendet. Außerdem hatte das Unternehmen im Jahr 2008 eine Solaranlage auf dem Mount Everest Basislager installiert – worauf ein Team von Bergsteigern aus Dankbarkeit eine Suntech-Flagge zum Gipfel der Welt mitnahmen. Ebenfalls Anfang 2011 wird von der Arava Power Co. im Kibbuz Ketura das erste kommerzielle, netzverbundene Solarfeld in Israel in Betrieb genommen, das aus 18.500 PV-Modulen von Suntech besteht und eine Leistung von 4,95 MW erreicht.

Im Mai wird mit der SunBorne Energy eine Rahmenvereinbarung  zur Lieferung von 100 MW Solarmodulen für Projekte in Indien geschlossen - angefangen mit einem 10 MW Projekt in Gujarat -, und mit der solarhybrid AG eine strategische Partnerschaft zur Lieferung von 190 MW Paneelen, insbesondere für den deutschen Markt. Die solarhybrid arbeitet hier an fünf Solarfarmen mit insgesamt 172 MW, eine 10 MW Farm ist in Italien im Bau, eine weitere 6 MW Anlage in der Slowakei. Die Partnerschaft basiert auf der Zusammenarbeit bei dem 2010 durchgeführten Projekt in Finow (s.o.). In Goodyear wird nun in drei Schichten gearbeitet.

Im Juni berichtet die Presse über eine hybride Solarzelle, an der Suntech arbeiten würde, die zu 70 % aus monokristallinem, und zu 30 % aus multikristallinem Silizium besteht und die Herstellungskosten um bis zu 20 % senken soll. Die grundlegende Idee dafür sei schon vor 20 Jahren patentiert, aber nie umgesetzt worden. Möglicherweise hat auch Suntech Probleme damit, denn später hört man nie wieder davon.

Im Juli führt das Unternehmen in den USA, Kanada und Lateinamerika zwei neue Modul-Typen ein: ein 245 W HiPerforma Modul mit Pluto-Zellen, sowie ein 290 W Modul der Vd Serie, das speziell für Großanlagen optimiert ist. Interessanterweise wird gleichzeitig ein 300 W Modul der Vd Serie mit einem Wirkungsgrad von bis zu 15,5 % auf den Markt gebracht – allerdings nur in Israel. Das Modul ist mit 72 Stück black square Zellen ausgestattet, die einen Wirkungsgrad von 18 % erreichen. Außerdem verlängert Suntech die Garantiezeit für seine Module von 5 auf 10 Jahre. Der Firma zufolge seien die Forschungsausgaben, die zu diesem Resultaten geführt haben, von 15 Mio. $ im Jahr 2008 auf 29 Mio. $ in 2009 und 50 Mio. $ in 2010 gestiegen.

Im selben Monat wird bekanntgegeben, daß man aufgrund der raschen Veränderungen auf dem Markt für Silizium-Wafer mit der MEMC vereinbart habe, den Solar-Wafer-Liefervertrag von 2006 zu kündigen. Im Zuge der Absprache wird Suntech auf 53 Mio. $ Vorauszahlungen an MEMC verzichten und zusätzliche 67 Mio. $ zahlen, und zwar in vier gleichen Raten zwischen Juli 2011 und April 2012. Weitere 92 Mio. $ werden als Abschreibung nicht amortisierter Kosten verbucht. Insgesamt rechnet Suntech mit Aufwendungen in Höhe von 212 Mio. $ als Folge der Kündigung – rechnet dafür aber mit Einsparungen von über 400 Mio. $ in den nächsten fünf Jahren, in dem man von den gefallenen Wafer-Preisen einschließlich der Maximierung der internen Wafer-Produktion profitiert. Parallel dazu wird die Suntech die Investitionen in ihrer Tochtergesellschaft CSG Solar AG einstellen, wo man sich mit der Entwicklung einer kristallinen Silizium-Dünnschicht-Technologie beschäftigt hatte. Suntech rechnet mit einer einmaligen Belastung von etwa 24 Mio. $.

Im August gibt es einen Auftrag der kalifornischen SunPeak Solar LLC für die Lieferung von 28,7 MW Module für eine Solarfarm in Niland, bei der rund 100.000 Stück der 285/290 W Module aus der fortschrittlichen SuperPoly Silizium-Verarbeitungstechnologie zum Einsatz kommen, und im September die Lieferung von mehr als 150.000 multikristallinen Paneelen für zwei Projekte der Cupertino Electric Inc. in Kalifornien gemeldet: eine 20 MW Farm in Helm, und eine 15 MW Farm in Five Points. In diesem Monat wird das Unternehmen auf dem Weltwirtschaftsforum als New Sustainability Champion geehrt, und in Europa werden schon wieder zwei neue HiPerforma-Modelle ausgeliefert. Im Oktober feiert das Unternehmen sein zehnjähriges Bestehen und gibt bekannt, daß es seit 2001 weltweit insgesamt 5 GW Modulleistung ausgeliefert bzw. installiert habe – und damit die erste Firma sei, die diesen Meilenstein erreicht. Die Stromproduktion der installierten Module reiche aus, um jährlich ca. 3,8 Mio. t CO₂ einzusparen. Im Dezember gibt es für diese Vorreiterrolle den Gigaton Prize.

Der Nettoumsatz des Gesamtjahres 2011 betrug 3.146,6 Mio. $, bei einem Nettoverlust von 1.006,7 Mio. $. Verschifft wurden insgesamt 2.096 MW PV-Produkte. Mit einer Jahresproduktion von 2,4 GW PV-Zellen und -Module sowie 1,6 GW Silizium-Ingots und -Wafer ist Suntech zu diesem Zeitpunkt der weltweit größte Hersteller von Solarzellen, was einer klugen Auswahl der Produktionsmaschinen und dem Einsatz billiger Arbeitskräfte zu verdanken ist. Und seit der Bundesliga-Saison 2011/2012 ist das Unternehmen auch noch offizieller Haupt- und Trikotsponsor der TSG 1899 Hoffenheim.

Im Februar 2012 wird Suntech vom Magazin Technology Review auf die Liste der 50 weltweit innovativsten Technologie-Unternehmen gesetzt, und auf der Ecobuild 2012 präsentiert das Unternehmen neue monokristalline Solarmodule mit einem Wirkungsgrad von 15,7 % und einer Garantiezeit von 25 Jahren. Mit der Pluto-Technologie hergestellte Zellen aus laufender Produktion erreichen derweil mit 20,3 % einen weiteren Effizienzrekord. In diesem Monat wird aus dem VSASF (s.o.) gemeldet, daß man durch den Einbau von 200 nm großen unebenen Gold- und Silber-Nanopartikeln in Dünnschicht-Zellen die bislang leistungsfähigste nanoplasmonische Breitband-Solarzelle entwickelt habe, mit der ein Wirkungsgrad von bis zu 8,1 % erzielt werden konnte. Das Forschungsteam hatte zuvor bereits herkömmliche Gold- und Silber-Nanopartikel in Dünnschicht-Zellen von Suntech eingebettet, da diese hoch-reflektierenden Teilchen die Wellenlänge der absorbierten Sonneneinstrahlung erhöhen, wodurch auch die Rate steigt, mit der die Photonen in Elektronen umgewandelt werden. Suntech plant die Massenproduktion der verbesserten Solarzellen und erwartet, daß diese ab 2017 im Handel erhältlich sein werden (s.u. Nano-Solarzellen). Außerdem geht auf der Edwards Air Force Base im Süden Kaliforniens eine 3,4 MW Solaranlage aus mehr als 12.000 Suntech-Solarpaneelen in Betrieb. Mit der Firma Krannich Solar wird im Mai ein Liefervertrag über 120 MW Module geschlossen, im Juni stellt Suntech auf der Intersolar Europe in München ein neues polykristallines 255 W Modul mit 60 Zellen vor, und im Juli beginnen die Probleme...

Suntech hatte im Jahr 2008 in den Global Solar Fund (GSF) investiert, der Solarfarmen in Italien und Spanien plante. Im Mai 2010 übernahm das Unternehmen dann die Garantie für eine Finanzierung durch die China Development Bank in Höhe von 554,2 Mio. € unter Einsatz deutscher Staatsanleihen, und die von der Tochtergesellschaft GSF Capital Pte Ltd. gehalten wurden (s.o.). Ende Juli wird jedoch bekannt, daß diese Anleihen offensichtlich Fälschungen sind - und die Suntech-Aktie verliert in der darauf folgenden Woche 40 % ihres Wertes. Der chinesische Solarkonzern reicht daraufhin Klage wegen Betrugs ein und befürchtet Liquiditätsprobleme. Suntech hatte insgesamt 258 Mio. € in GSF investiert und dafür 86 % des Unternehmens übernommen. Zwischen 2009 und 2011 verkaufte GSF durch sieben verbundene Unternehmen in Spanien und Italien Suntech-Solarmodule im Wert von 356,8 Mio. $. Im November 2011 verkaufte Suntech dann einen Anteil von 6,7 % der GSF an eine Firma der Romero-Gruppe, wobei es einen Verlust von 30,7 Mio. $ verbuchen mußte.

Im Juli geben Suntech und die IBC SOLAR eine Verkaufsvereinbarung über 50 MW bekannt. Die seit 2004 kooperierenden Partner haben zusammen bereits eine Reihe Aufdachanlagen realisiert, darunter das der Neuen Messe Stuttgart, Deutschland, mit 3,45MW – sowie zwei Kraftwerke in Osyan und Warora (Indien) mit jeweils 5,75 MW. Der August folgt mit der Meldung, daß Suntech bis zum Vormonat schon mehr als 1 GW in Nord- und Südamerika an den Mann gebracht habe und dort nun ein neues 300 W Modul mit 72 multikristallinen Zellen und einer Moduleffizienz von 15,5 % vermarktet. Im GSF-Rechtsstreit läßt Suntech die weltweiten Vermögenswerte der GSF Capital und des Managers Javier Romero einfrieren. Pressemeldungen zufolge hat das Unternehmen zu diesem Zeitpunkt bereits Schulden in Höhe von 2 Mrd. $.

In Europa wird im September ein 305 W SuperPoly Modul mit 15,7 % Wirkungsgrad vorgestellt, mit der Solarstrom AG ein Vertrag über 26 MW mono- und polykristalline Solarzellen unterzeichnet, die für neue Kraftwerke in Deutschland verwendet werden sollen, und in Bangchak die mit 44 MW bislang größte netzverbundene Solarfarm Südostasiens in Betrieb genommen. Gleichzeitig gibt Suntech bekannt, daß man, um die Herstellungs- und Betriebskosten zu reduzieren, seine Produktionskapazität für Solarzellen in Wuxi vorübergehend auf 1,8 GW verringert. Außerdem will sich das Unternehmen bemühen, seine Organisation zu optimieren. Von der Stadt Wuxi bekommt Suntech ein Darlehen in Höhe von 32 Mio. $.

Ein 39 MW Vertriebsabkommen über polykristalline Solarmodule wird im Oktober mit der portugiesischen EDP Renovaveis unterzeichnet, wobei die Produkte für vier im Bau befindliche Solarfarmen in Rumänien gedacht sind, die zwischen Ende 2012 und Anfang 2013 mit dem Netz verbunden werden sollen. Im November wird auch in der Fabrik in Arizona die Produktion reduziert und vom Dreischicht- auf Einschichtbetrieb umgestellt. Die Produktionskapazität sinkt damit von 45 MW auf 15 MW. Grund für diese Entscheidung sind das globale Überangebot sowie höhere Produktionskosten durch die von der US-Regierung verhängten Importzölle, mit der die chinesische Konkurrenz behindert werden soll. Im November hatte die Internationale Handelskommission der USA einseitigen Tarifen auf Suntech-Solarzellen aus China in Höhe von 35,97 % zugestimmt (Anti-Dumpingzölle) – eine protektionistische Maßnahme, die von vielen Seiten berechtigterweise scharf kritisiert wird. Das kurzsichtige und egoistische Verhalten der Amerikaner führt zu internationalen Spannungen, Klagen, Verhandlungen vor Handelskammern, Rettungspaketen des chinesischen Staates und vielem mehr, das ich aus Platzgründen hier nicht dokumentieren möchte. Trotz alledem wird im Dezember ein Vertrag zur Lieferung von 100 MW an die Mainstream Renewable Power in Südafrika vereinbart, wo Siemens an getrennten Standorten des Northern Cape zwei Solarfarmen plant und entwickelt, die Mitte 2014 in Betrieb genommen werden sollen. Mit der italienischen SunSystem SpA wird die Lieferung von 25 MW für zwei Solarprojekte in Rumänien ausgemacht.

Im Jahr 2013 geht es dann sehr schnell. Suntech nimmt im Januar noch die von Phoenix Solar geplante und mit 3,5 MW bislang größte Freiflächenanlage in Saudi-Arabien in Betrieb, die sich im Besitz der Saudi Aramco befindet und auf dem Gelände des King Abdullah Petroleum Studies and Research Center (KAPSARC) in Riad steht, doch schon im März sieht sich das Unternehmen gezwungen, seine Fabrik in Arizona nach nur zweieinhalb Betriebsjahren wieder zu schließen.

Zwar werden die Streitigkeiten mit der GSF und Javier Romero beigelegt und Suntechs Beteiligung auf 88,15 % angehoben, während der Rest von 11,85 % von der Best (Regent) Asia Group Ltd. übernommen wird, einem Unternehmen, das sich ebenfalls im Besitz von Dr. Shi befindet, doch Mitte des Monats reicht eine Gruppe von acht chinesischen Banken eine Petition ein, die auf eine Insolvenz und Umstrukturierung der chinesischen Tochtergesellschaft Wuxi Suntech Power Holdings Co. Ltd. abzielt. Suntech legt gegen die Petition Einspruch ein, aber das kommunale Mittlere Volksgericht in der Provinz Jiangsu akzeptiert die Petition. Dr. Shi verliert auf Druck der Bank of China das Amt des Aufsichtsratsvorsitzenden, obwohl es ihm gelungen war, sich mit der Mehrheit der Inhaber einer Wandelschuldverschreibung im Wert von über 550 Mio. $ über einen Zahlungs-Aufschub zu verständigen. An der Frankfurter Börse bricht die Aktie des Unternehmens um weitere mehr als 20 % ein. Nachdem die Aktie auf ihrem Gipfelpunkt im Jahr 2008 etwa 50 $ wert gewesen ist, kostet sie im März 2013 nur noch 0,30 € das Stück - ein neues Allzeittief. Und von Dr. Shi, der eine zeitlang als reichster Mann Chinas galt und oft mit dem Titel ,Sun King’ bezeichnet wurde, bleibt auch nicht viel übrig.

Mehrere Investoren erwägen eine Klage, durch die es zu einer unfreiwilligen Insolvenz von Suntech kommen könnte, doch gleichzeitig wird bekannt, daß Suntech ganz oder teilweise durch die Holdinggesellschaft der Regionalregierung von Wuxi übernommen werden soll, denn die Firma gilt inzwischen praktisch als zahlungsunfähig. Am 20. März wird die Insolvenz bestätigt, worauf die Aktie wieder klettert: auf 0,449 €.

Anm.: Weiteres noch in Arbeit, wird gelegentlich nachgereicht

Nanokristallines Silizium (nc-Si)

Dr. Victor Klimov und sein Team am Los Alamos National Laboratory sollen im Jahr 2007 extrem dünne nanokristalline Solarzellen hergestellt haben, die weit mehr elektrische Energie liefern, als die Menge von Energie, die sie über die einfallenden Photonen aus dem Sonnenlicht bekommen. Daher wird diese Meldung auch primär in der sogenannten ‚Freie-Energie’-Szene kommuniziert, deren Erfinder und Konzepte ich in der Datenbank der neuen Energie untergebracht habe.

Als Erklärung für die leider nicht bezifferte Effizienz wird angegeben, daß ein Teil der Energie „direkt aus dem brodelnden virtuellen Zustand des Vakuums gezogen wird“ – was natürlich eine völlig inadäquate Beschreibung ist. Tatsächlich gehen die Behauptungen sogar noch weiter: Da zum Betrieb sogenannte Eingangsphotonen erforderlich sind, um den Prozeß in Gang zu setzen und zu unterhalten, kommen Materialien wie Turmalin zum Einsatz, das kontinuierlich Photonen abstrahlen soll. Zwar konnte ich diese Behauptung nicht verifizieren, doch Turmaline weiden tatsächlich den sogenannten Pleochroismus auf, das heißt, daß ein Kristall je nach Betrachtungsrichtung verschiedene Farben aufweist. Dazu können Turmaline komplementär polarisiertes Licht absorbieren, weshalb geschliffene dünne Scheiben daraus als Polarisationsfilter genutzt werden. Außerdem treten beim Turmalin piezo- und pyroelektrische Effekte auf.

Bei Klimovs Innovation soll es daher reichen, eine kleine Menge des Materials unter die nanokristalline Substanz zu mischen, bevor diese erstarrt, um einen kontinuierlichen Photonenlieferanten zu erhalten. Man braucht für diese Art von Solarzellen also nicht einmal mehr die Sonne. Trotz diverser Veröffentlichung zu diesem Thema bin ich skeptisch, was die aufgestellten Behauptungen anbelangt – bislang hat man auch noch nichts von einer tatsächlichen Umsetzung gehört.

Sie auch unter Exitonen-Multiplikation.

Nano-Schwamm Silizium

Am Rossendorfer Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung des Forschungszentrums Dresden-Rossendorf (FZD) koordiniert Dr. Karl-Heinz Heinig ab April 2010 ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zunächst für drei Jahre gefördertes internationales Forschungsprojekt, das sich mit Solarzellen der dritten Generation beschäftigt. Die Wissenschaftler finden einen Weg, das wenig effektive, amorphe oder nanokristalline Silizium in Dünnschicht-Solarzellen durch einen Nano-Schwamm aus Silizium zu ersetzen, der bei guter Lichtabsorption eine verbesserte elektrische Ausbeute verspricht. Der Nano-Schwamm aus Silizium ist in Glas eingebettet und dadurch geschützt sowie elektrisch passiviert.

Im Rahmen des Projektes sollen Wege zur Fabrikation von Nano-Schwämmen aus Silizium, die photoelektrischen Eigenschaften der Nano-Schwämme sowie deren Überführung in Solarzellen-Produktionslinien untersucht werden. Dabei auftretende physikalische Probleme werden in Kooperation mit den beiden türkischen Universitäten Middle East Technical Universität und Bilkent Universität in Ankara untersucht, während als Industriepartner die Solarzellen-Produzenten Signet Solar GmbH aus Döbeln in Sachsen sowie die türkische Tochter des US-amerikanischen Konzerns Nurol Technologies mit an Bord sind.

Ob die Technologie seitdem weiterentwickelt wurde, ist zu bezweifeln. Im Netz ist jedenfalls nicht mehr darüber zu finden.

Polykristallines Silizium (poly-Si)

Siehe unter Multikristallines Silizium.

Polymorphes Silizium

Ende 2004 befindet sich an der Technischen Universität Eindhoven eine neue Folie in Erprobung, die sich auf Gewebe auftragen läßt, rasch herstellbar ist und die Solarkapazität erhöht. Die im Rahmen des von der EU unterstützten Projekts H-Alpha Solar (H-AS) gemeinsam mit dem schwedisch-niederländischen Unternehmen Akzo-Nobel entwickelte Folie ist nur einem Mikrometer dick, und die Herstellung erfolgt durch das Aufdampfen von polymorphem Silizium unter hohem Druck bei 200°C auf Aluminiumfolie. Nach dem Abkühlen wird das Aluminium dann durch Kunststoff ersetzt. Der Wirkungsgrad liegt noch bei bescheidenen 7 %, soll sich aber auf 10 % steigern lassen.

Die Entwickler um Gerrit Kroesen kündigen an, etwa in drei Jahren A4-große Folien mit Solarzellen für unter 10 € auf den Markt bringen zu wollen. Tatsächlich lassen sich dafür aber keinerlei Belege finden - auch über das Projekt H-Alpha Solar ist später nichts mehr zu hören.

Schwarzes Silizium (b-Si)

Schwarzes Silizium (black silicon) ist eine Oberflächenmodifikation des kristallinen Siliziums, bei der durch hochenergetischen Beschuß mit Ionen oder Laserpulsen nadelförmige Strukturen auf der Oberfläche entstehen, welche die Reflexion des Substrates stark verringern und auf Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen gut zu erkennen sind.

An der Harvard University wird seit 1999 unter der Leitung der Professoren Eric Mazur und Gordon McKay die spiegelnde Oberfläche von Wafern mit extrem kurzen Laserimpulsen im Femtosekundenbereich in eine stark lichtabsorbierende und schwarz erscheinende Oberfläche verwandelt. Ein einzelner Impuls dauert zwar nur 100 Millionstel einer Milliardstel Sekunde, enthält aber annähernd so viel Energie, als würde alles die Erde treffende Sonnenlicht auf die Fläche eines Fingernagels fokussiert werden. Bereits nach gut 500 Impulsen erscheint das Silizium völlig schwarz, ohne jedoch verbrannt zu sein. Statt dessen ätzten es Hitze und Gas (Chlor oder Schwefelhexafluorid) zu einem Wald aus Milliarden mikroskopischer nadelartiger Spitzen (ca. 300 nm lang). Einfallendes Licht prallt zwischen den Spitzen so oft hin und her, daß die meisten Photonen aus dem Siliziumwald nie wieder herausfinden und bis zu 98 % davon absorbiert wird.

Durch Bestrahlung des Halbleitermaterials mit Femtosekundenlaserpulsen wird daher sowohl eine Oberflächenstrukturierung mit effizienten Anti-Reflex-Eigenschaften induziert, als auch eine Verschiebung der Bandkante in den Infrarotbereich erzielt, mit dem Effekt, daß ein größerer Bereich des Sonnenspektrums absorbiert werden kann. Mazurs Arbeitsgruppe war ursprünglich von der Army Research Organization finanziert worden, um katalytische Reaktionen auf metallischen Oberflächen zu erforschen – und machte dabei im Grunde nur eine ‚zufällige’ Entdeckung. Die jedoch so viel Interesse weckte, daß die weiterführenden Forschungen an der inzwischen zum Patent angemeldeten Technologie teilweise durch die NASA gefördert werden.

Gemeinsam mit seinem Forschungspartner James Carey von der Harvard University gründet Mazur schon 2005 die Firma SiOnyx Inc. mit Sitz in Beverly, Massachusetts, die von Polaris Ventures, Harris & Harris Group, Coherent Inc. und RedShift Ventures mit 11 Mio. $ finanziert wird und Anfang 2006 eine Lizenz des Verfahrens erwirbt. Das schwarze Silizium-Material des Unternehmens hat eine Oberfläche mit einer Rauheit im Nanobereich, die fast alles sichtbare und infrarote Licht absorbieren kann. Die Erhöhung des Absorptionsvermögens im roten und nahinfraroten Licht wird zu Beginn insbesondere für die Entwicklung von Nachsichtgeräten und zur Herstellung und Vermarktung neuartiger IR-Detektoren auf Siliziumbasis genutzt. Das Potential des Materials für Solarzellen ist zu diesem Zeitpunkt allerdings noch nicht demonstriert worden.

Im Mai 2010 beschließen SiOnyx und die Coherent Inc. aus Santa Clara, die gemeinsame Entwicklung von Werkzeugen für die Solarzellenproduktion nach dem Black Silicon Verfahren, das auf der Texturierungstechnologie durch ultraschnelles Laserlicht basiert. Im Oktober bekommt das Unternehmen in einer Finanzierungsrunde B weitere 12,5 Mio. $ von seinen Investoren, zu denen neu CrossLink Capital und Vulcan Capital hinzukommen.

Im gleichen Monat werden auch erstmal einige Zahlen veröffentlicht: Multikristalline 156 mm Silizium-Zellen, die von Sionyx in Zusammenarbeit mit dem International Solar Energy Research Center Konstanz e.V. (ISC Konstanz) hergestellt wurden, erzielen Wirkungsgrade von über 17 %. Es zeigt sich außerdem, daß das schwarze Silizium die Effizienz auch in dünneren Wafern steigert, so erreichen 150 Mikrometer dicke multikristalline Zellen durchschnittliche Wirkungsgrade von 16,9 %. Verarbeitet und getestet werden alle Zellen am ISC Konstanz, wobei die Silizium-Texturierung unter Verwendung eines Coherent Aethon Werkzeugs mit einem Talisker Pikosekundenlaser erfolgt.

In das Geschäft der Herstellung von Solarzellen will SiOnyx selbst nicht eintreten, statt dessen wird versucht, die Technologie an Wafer- und Module-Unternehmen zu lizenzieren. Auf der Homepage werden 2013 ausschließlich Nachtsichtgeräte, Photodetektoren und Sensoren angeboten.

Auch an der TU München gelingt es Prof. Martin Stutzmann und seinen Kollegen im Jahr 2006 die Reflektion der Silizium-Oberfläche im photosensitiven Bereich der Zellen um bis zu 98 % zu senken. Hierfür entwickelt der Physiker Svetoslav Koynov eine einfache und schnelle Technik, die bei jeder Siliziumart und -dicke eingesetzt werden kann, und bei der auf naßchemischem Wege eine Textur in die Zellenoberfläche eingebracht wird. Dies geschieht, indem auf der Siliziumoberfläche nanometergroße Goldkörnchen ausgebracht werden, die sich im Rahmen einer katalytischen Reaktion mit einer Lösung aus Wasserstoffperoxid und Fluorwasserstoffsäure regelrecht in die Oberfläche hineinbohren. Die Nanopartikel lassen sich anschließend mit einer Lösung aus Jod and Kalium wieder entfernen. Man rechnet damit, daß der Wirkungsgrad der entsprechend behandelten Zellen dadurch um 10 – 20 % gesteigert werden kann. Nun ist man auf der Suche nach finanzieller Unterstützung um die Methode weiter zu entwickeln und in drei Jahren auf den Markt zu bringen.

Tatsächlich scheint dies aber nicht erfolgt zu sein, jedenfalls habe ich nichts mehr darüber finden können – und Prof. Stutzmann beschäftigt sich 2011 damit, Silizium so zu prozessieren, daß es gemeinsam mit Kunststoff zu einer effizienten Solarzelle verarbeitet werden kann. Das Ziel sind Hybrid-Solarzellen aus Polymeren und Silizium.

An der Universität Bremen beginnt im August 2009 ein mehrjähriges Forschungsvorhaben unter dem Titel „Neuartige Photovoltaik mit ‚Schwarzem Silizium’ und ‚Schwarzem Zinkoxid (NEPHOS)’“. In Partnerschaft mit dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut und finanziert vom BMU arbeitet ein Team um Ulrike Willer an der Entwicklung und Herstellung einer neuen Generation von Solarzellen auf Basis der oben beschriebenen, an der Harvard Universität entwickelten Materialprozessierungstechnologie – und dies in enger Kooperation mit Harvard und SiOnyx.

Dabei soll insbesondere der Einsatz von ‚geformten’ Femtosekundenpulsen zur Materialsynthese detailliert untersucht werden, durch den der Herstellungsprozeß von Black Silicon optimiert werden soll. Ein weiteres Ziel des Projektes ist, die Black Silicon Technologie auf andere Materialien zu übertragen, die im Vergleich zu Silizium in der Herstellung kostengünstiger sind, wie beispielsweise das in diesem Zusammenhang sehr vielversprechende Zinkoxid (black zinc oxide). Die wirtschaftliche Verwertung der erzielten Ergebnisse soll durch das neugegründete Unternehmen SioZin Technologie GmbH in Goslar erfolgen, welches in Kooperation mit SiOnyx deutscher/europäischer Vertriebspartner für die Black Silicon Technologie ist, und auch die Black Zinc Oxide Technologie des Projektkonsortiums patentieren wird, um eine anschließende wirtschaftliche Verwertung zu ermöglichen. Die Fraunhofer Gesellschaft signalisiert, sich an diesem Unternehmen beteiligen und die Vermarktung der Technologie voranzutreiben zu wollen. Beim Update 2013 ist das Unternehmen allerdings nicht zu finden.

Im August 2010 meldet die Fachpresse, daß auch ein Team um Prof. Dr. Andreas Tünnermann an der Friedrich-Schiller-Universität Jena an einem neuartigen Konzept zur kostengünstigen Herstellung hocheffizienter Solarzellen arbeitet, bei dem nanotechnologische Methoden mit einem einfachen Zelldesign kombiniert werden. Als Grundlage nutzen die Physiker nanostrukturiertes, schwarzes Silizium. Dabei strukturieren sie die Oberfläche von Siliziumwafern mit Hilfe eines Trockenätzverfahrens so, daß sie sich winkelunabhängig und über einen breiten Wellenlängenbereich entspiegeln läßt. Die nanostrukturierten Siliziumwafer werden anschließend mit einer dünnen Barriereschicht und einer darüber liegenden transparenten sowie leitfähigen Oxidschicht belegt. Auf diese Weise entsteht eine SIS-Solarzelle (Semiconductor-Insulator-Semiconductor), die sich dank industrieerprobter Sputterverfahren besonders kostengünstig herstellen läßt.

In den USA wird insbesondere am National Renewable Energy Laboratory (NREL) an kostengünstigeren und dennoch effizienteren Solarzellen gearbeitet. Mit einer neuen Low-Cost-Ätz-Technik gelingt es einem Team um Howard Branz, in einen Siliziumwafer Billionen winziger Löcher einzubringen, deren Vertiefungen das silbrig-graue Silizium immer dunkler und dunkler erscheinen lassen, bis es fast zu reinem Schwarz wird und in der Lage ist, nahezu alle Farben des Sonnelichts aufzunehmen. Bei Raumtemperatur kann ein schwarzer Siliziumwafer in etwa drei Minuten entstehen, bei rund 45°C dauert es weniger als eine Minute.

Motiviert werden die NREL Wissenschaftler durch einen Vortrag, den sie Ende 2006 an der TU München gehört hatten (s.o.). Sie wiederholen die Experimente des deutschen Teams, entwickeln aber auch selbst schwarzes Silizium, indem sie mit einer Vakuumabscheidungstechnik dünnste Goldschichten über das Silizium legen. Doch genau hier liegt die Schwierigkeit, denn die bislang eingesetzte Verdampfungstechnik erfordert teure Vakuumpumpen, um eine vielleicht 10 Atome dicke Schicht aus Gold abzuscheiden. Um die Vakuumabscheidung ganz zu vermeiden, versucht man das Gold einfach aufzusprühen, wobei die Lösungsmittel gleich mit hinzugemischt werden. Die ersten Erfolge stellen sich ein, als eine suspendierte Lösung von Gold-Nanopartikeln (kolloidales Gold) auf die Siliziumoberfläche aufgebracht wird. Nachdem das Wasser über Nacht verdunstet ist, bleibt nur das in den Wafer geätzte Gold übrig, das den Wafer fast genauso schwarz erscheinen läßt wie mit verdampftem Gold.

Doch dann hilft der Zufall weiter, als ein Chemiker eine vermutete Verklumpung von kolloidalen Nanopartikeln mit Königswasser zu trennen versucht, einer stark ätzenden Mischung aus Salpetersäure und Salzsäure, die auch die ‚königlichen’ Metalle wie Silber und Gold auflösen kann. Nach der Behandlung arbeitet der Prozeß besser als je zuvor, und eine Untersuchung ergibt, daß das Königswasser mit dem Gold reagiert und eine Lösung aus Chlorogoldsäure gebildet hat. Chlorgoldsäure ist viel billiger als kolloidales Gold und wird in der Industrie als chemische Vorstufe verwendet, um eben kolloidales Gold herzustellen. Als sich dann auch noch herausstellt, daß sich die preiswerte Chlorgoldsäure mit Wasserstoffperoxid und Fluorwasserstoffsäure vermischen läßt, wird die Herstellung von schwarzen Siliziumwafern recht einfach: Man nimmt einen Becher, setzt einen Silizium-Wafer hinein, gießt Chlorgoldsäure sowie Flußsäure und Wasserstoffperoxid darüber – und wartet etwa 20 Sekunden, in denen der silbrige Silizium-Wafer völlig schwarz wird. Die Reflektion beträgt weniger als 2 %, und außerdem verhindert das schwarze Silizium die Reflektion des Sonnenlichts mit niedrigem Winkel am Morgen und am Nachmittag weit besser als herkömmliche Antireflexionsschichten. Das schwarze Silizium unterdrückt die Reflektion so gut, weil die Löcher im Durchmesser kleiner sind als die Wellenlängen des Sonnenlichts.

Der nächste Schritt, die Herstellung einer praktikablen Solarzelle, gelingt ebenfalls, jedenfalls solange die Löcher tief genug sind, um Reflektionen zu blockieren, aber nicht so tief, daß sie die Solarzelle beschädigen. Die besten Ergebnisse werden mit Billionen Löchern erzielt, die im Durchschnitt 500 Nanometern tief sind und einem Durchmesser haben, der nur etwas schmaler als die kleinste Wellenlänge des Lichts ist. Damit wird ein Wirkungsgrad von 16,8 % erreicht. Dafür gibt es im September 2010 den R & D 100 Award des R & D Magazine, der als ‚Oscar der Erfindungen’ gilt. Im Dezember vergibt das NREL eine Lizenz seiner Technologie an die im Jahr 2003 gegründete Firma Natcore Technology Inc. in Red Bank, New Jersey, mit der gleichzeitig eine Forschungs- und Entwicklungskooperation eingegangen wird, um Prototypen von Schwarzsilizium-Solarzellen zu entwickeln und nach Erreichen der Marktreife zu kommerzialisieren.

Natcore beginnt sich 2009 gemeinsam mit der Rice University mit Quantendot-Solarzellen zu beschäftigen, bildet im März 2010 aber auch ein Joint-Venture mit der Vanguard Solar Inc. aus Sudbury, Massachusetts, einem chinesischen Unternehmen, das sich mit flexiblen Dünnschicht-Zellen befaßt, um Ausrüstungen und Materialien für die Herstellung von Solarzellen zu entwickeln. Einen Monat später wird eine Absichtserklärung unterzeichnet, um Vanguard komplett zu übernehmen – was im Mai auch erfolgt. Nun arbeitet man in Natcores F&E-Center in Rochester, New York, an der Weiterentwicklung der Schwarzsilizium-Technologie. Verschiedene Aspekte des Prozesses werden an andere Labore ausgelagert, darunter das der Arizona State University sowie das PV-Forschungszentrum der University of Toledo. Im April 2011 entscheidet sich Natcore dafür, sein Forschungs- und Entwicklungszentrum in den Eastman Business Park in Rochester, New York, zu verlegen. Im Mai folgt ein gemeinsames Entwicklungsabkommen mit der Eastman Kodak Co., um Natcores Materialbearbeitungs-Technologien einschließlich des LPD-Prozesses u.a. mit Kodaks Beschichtungs-Technik zu verbinden. 

Im April 2012 meldet das Unternehmen einen Durchbruch: Mit einem durchschnittlichen Reflexionsgrad von 0,3 % absorbieren die schwarzen Silizium-Wafer von Natcore mehr Licht als jede andere Oberflächenart. Die bislang ‚schwärzesten’ Solarzellen absorbieren damit 99,7 % allen auftreffenden Lichts – und könnten die bisherigen anti-reflektierenden Beschichtungen schon bald obsolet machen. Nun arbeitet Natcore mit zwei Herstellern zusammen, um die benötigten Produktions-Anlagen zu entwerfen. Geplant sind Geräte, die pro Stunde 2.000 schwarze Silizium-Wafer machen. Im Juli gelingt es Natcore, Investitionsmittel in Höhe von 2,5 Mio. $ einzunehmen, und im August wird die NREL-Lizenz um einige neue Patente erweitert. Das wichtigste Patent bezieht sich dabei auf den Einsatz von Kupfer-Nanopartikeln an Stelle von Gold oder Silber beim Ätzverfahren. Da Kupfer günstiger ist als Edelmetalle, sollten sich mit diesem neuen Patent die Kosten für die Solarzellen-Herstellung weiter senken lassen.

Schon im Oktober kann das Unternehmen stolz bekanntgeben, daß man nun die weltweit erste kommerziell nutzbare „absolut schwarze“ Silizium-Zelle hergestellt habe. Grundlage ist der Einsatz einer patentierten, skalierbaren Flüssigphasen-Disposition (liquid phase deposition, LPD), die man sich von der Rice University hatte lizenzieren lassen. Nun sei man nahe daran, die schwarzen Solarzellen in kommerziellen Mengen zu produzieren. Im gleichen Monat meldet das NREL selbst, daß man mit den Schwarzsilizium-Solarzellen inzwischen bei einem Wirkungsgrad von 18,2 % angekommen sei. Die Forscher erreichen dies, indem sie auf einem Siliziumwafer Nano-Inseln aus Silber plazieren und ihn dann kurz in Flüssigkeiten eintauchen, worauf auf der Waferoberfläche Milliarden von nanogroßen Löchern entstehen. Nun lauten die nächsten Herausforderungen, die bislang erzielten Ergebnisse in die gängige industrielle Praxis umzusetzen – und dann auf eine Effizienz über 20 % zu kommen.

Im Januar 2012 gibt es auch Neuigkeiten aus dem Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut (HHI) in Goslar, wo es den Forschern um Prof. Wolfgang Schade innerhalb des vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) mit rund 850.000 € geförderten zweijährigen Verbundprojektes NEPHOS (s.o.) zwischenzeitlich gelungen ist, durch einen veränderten Femtosekunden-Laserpuls-Prozeß den Wirkungsgrad von Schwarz-Silizium-Solarzellen zu verdoppeln. Dabei werden die Vorderseitentextur und der Emitter in einem einzigen Schritt gebildet. Zusätzlich wird das Silizium-Ausgangsmaterial durch den Einbau einzelner Schwefelatome in das Siliziumgitter so verändert, daß es auch Infrarotlicht absorbiert. Darüber hinaus verringern sich mit diesem Prozeß die Anzahl der Herstellungsschritte für Solarzellen um etwa die Hälfte. Das realistische Potential der Black Silicon Solarzellen sehen die Forscher bei 1 % Wirkungsgradgewinn absolut im Vergleich zu Standard Solarzellen mit einem Potential von etwa 15 %.

Mit schwarzem Silizium beschäftigt sich auch ein junges Startup in Dänemark: Die in Kopenhagen beheimatete Firma Black Silicon Solar (BSS), eine Partnerschaft zwischen den Studenten Rasmus Davidsen von der Technischen Universität Dänemark und Hjalmar Nilsonne vom Royal Institute of Technology in Schweden, gehört 2011 zu den Siegerteams des US-amerikanischen CleanTech Challenge, und darf einen Hauptpreis in Höhe von 250.000 $ in Form von Investitionen und Dienstleistungen mit nach Hause nehmen.

Im selben Jahr bekommt die Neugründung noch diverse andere Preise, darunter auch den ersten Preis beim Venture Cup in Kopenhagen, wofür es diesmal 250.000 DKK gibt. Auch bei BSS wird Nanotechnologie verwendet, um die Absorption von Licht in Silizium-Solarzellen zu erhöhen. Allerdings konnte das Unternehmen bislang weder Prototypen noch irgendwelche Effizienzzahlen vorweisen.

Im Januar 2013 melden die Fachblogs, daß nun auch Wissenschaftler der finnischen Aalto University um Päivikki Repo durch die Methode der Atomlagen-Beschichtung eine massive Verbesserung der Lichtabsorption und der Oberflächen-Passivierung von Silizium-Nanostrukturen erreichen. In Bezug auf die Verwendung von Schwarzsilizium-Oberflächen, um die Effizienz von Solarzellen zu erhöhen, sollen diese Ergebnisse sehr vielversprechend sein. Die Forschungen werden gemeinsam mit Experten des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) durchgeführt und erzielen einen Rekordwirkungsgrad von 18,7 %.

Silizium-Fasern

Im Dezember 2012 berichtet ein internationales Team aus Chemikern, Physikern und Ingenieuren unter der Leitung von Prof. John Badding an der Penn State University, daß die Herstellung leichter, Faser-basierter Solarzellen gelungen sei, was zukünftig die Produktion von flexiblen Silizium-Solarzellen-Stoffen ermöglichen könnte.

Aufbauend auf früheren Arbeiten, bei denen Wege erforscht wurden um optische Fasern mit elektronischen Chips zu verschmelzen, finden die Forscher nun eine Methode, welche die Notwendigkeit einer entsprechenden Integration vollständig umgeht. Eine Forschergruppe des Georgia Institute of Technology beispielsweise hatte 2009 den Wirkungsgrad von Farbstoff-Solarzellen gesteigert, indem das solare Nanomaterial um Glasfasern herum gewickelt wurde: Die kombinierten Faser-Farbstoff-Zellen wandelten – bei gleicher Fläche – das sechsfache an Sonnenlicht in Strom um als reine Zinkoxid-Zellen (s.d.).

Baddings Team gelingt es nun, eine Silizium-basierte optische Faser mit Solarzellen-Fähigkeiten zu entwickeln, die den Gleichstrom durch Umwandlung von Sonnenstrahlung direkt erzeugt. Anstatt einen flachen Chip mit einer runden optischen Faser zusammenzuführen, wird eine neue Art optischer Faser hergestellt, dünner als ein menschliches Haar, bei der das elektronische Bauelement gleich mit eingebaut ist. Dazu verwendet das Team Hochdruckchemie-Techniken, mit denen halbleitende Materialien direkt, Schicht für Schicht, in die kleinen Löcher von optischen Fasern abgeschieden werden. Auf dem Querschnittsbild sind die Schichten gut zu sehen, die im Inneren der Faserpore abgeschieden worden sind (beschriftet mit n +, i und p +).

Das Resultat sind lange, Faser-basierte Solarzellen, die gebogen, verdreht oder auch zusammengewebt werden können. Es sollen Fasern von 10 m Länge machbar sein. Gewebe aus Silizium-Fasern hätten jedenfalls eine sehr breite Palette von Anwendungen als transportable, faltbare und sogar tragbare Solar-Stoffe.

Gefördert werden die Forschungen von der National Science Foundation, dem Materials Research Institute Nano Fabrication Network der Penn State University und dem britischen Physical Sciences Research Council (EPSRC).

Siliziumnitrid-Inversionsschicht

Siliziumnitrid (SiN) dient als Antireflexschicht für Siliziumsolarzellen und kann außerdem die Oberfläche elektronisch passivieren; eine entscheidende Voraussetzung, um hohe und sehr hohe Solarzellenwirkungsgrade zu erreichen. Der Einsatzbereich geht aber noch weiter.

Prof. Rudolf Hezel von der Universität Erlangen-Nürnberg entwickelt 1987 eine Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Zelle, die neben einem hohen Wirkungsgrad auch eine beachtliche Senkung der Herstellungskosten in Aussicht stellt. Im Rahmes des zu 50 % vom BMFT geförderten Forschungsvorhaben wird nachgewiesen, daß Solarzellen auch in einem einfachen Niedertemperatur-Prozeß hergestellt werden können.

Die im Labor erzielten Wirkungsgrade betragen bei Verwendung von polykristallinem Siliziummaterial rund 13 %, und bei monokristallinem Material etwa 15 %, wobei Steigerungen auf 14 % bzw. 17 % für möglich gehalten werden. Verschiedene Industriepartner arbeiten bereits daran, die ‚Hezel-Zelle’ zur technischen und industriellen Marktreife zu führen.

1988 wird das aus diesen Forschungen erwachsene Patent (EP 0286917) von der Firma Nukem GmbH erworben, und 1990 entsteht im bayerischen Alzenau bei Aschaffenburg eine Pilotproduktionsanlage mit einer Kapazität von 1 MW, in der die neuartigen MIS-I-Zellen hergestellt werden (= Metall-Isolator-Silizium-Inversionsschicht). Die produzierten Zellen haben einen Wirkungsgrad von bis 15 %.

1988 erscheint die Dissertation von Rolf-Peter Vollertsen an der Universität Erlangen-Nürnberg mit dem Titel ‚Optimierung der MIS-Siliziumnitrid-Inversionsschicht-Solarzelle unter besonderer Berücksichtigung des Füllfaktors’.

Hezels Abschlußbericht ‚Optimierung der Siliziumnitrid-Inversionsschichtsolarzelle’ erscheint 1993 und beschreibt, wie die Infrarotspektroskopie zur Analyse der Siliziumnitrid-Antireflexionsschicht angewendet, und wie für die Charakterisierung der ultradünnen Tunneloxide der MIS-Kontakte eine sehr empfindliche IR Reflektionsmethode (Grazing Internal Reflection, GIR ) entwickelt wurde. Damit kann eine MIS Inversionsschicht-Solarzelle mit verbesserter Oberflächenpassivierung realisiert werden, die mit einem aufwendigeren Prozeß (Photolithographie) Wirkungsgrade bis nahe 18 % ergibt.

Weiterführende Berichte über diese Solarzellenart habe ich bislang noch nicht finden können.

Sliver Solar Cells

Sliver (engl. Streifen) steht für einen weiteren Ansatz, den Siliziumbedarf deutlich zu verringern. Bei der Herstellung dieser Solarzellen wird hochwertiges klassisches monokristallines Silizium in sehr dünne Streifen verarbeitet. In Kombination mit einer neuen Modultechnologie kann der Siliziumverbrauch sehr stark reduziert werden.

Die Idee soll auf den Physiker Andrew Blakers und den Elektrotechniker Klaus Weber von der Australian National University (ANU) in Canberra zurückgehen, die auf dem Weg zu einer professionellen Konferenz in Glasgow im Mai 2000 darüber spekulieren, einen Silizium-Wafer wie ein Laib Brot in Scheiben zu schneiden und diese dann einfach auf die Seite zu legen. Was die Fläche für die Stromerzeugung wesentlich erhöhen würde.

Entwickelt werden die SLIVER solar cells dann am Centre for Sustainable Energy Systems (CSES) der ANU, und zwar mit finanzieller Unterstützung des im Jahr 2000 neu gegründeten Energie-Dienstleisters Origin Energy Solar. Bei der Umsetzung werden in 1 - 2 mm dicke monokristalline Silizium-Wafer entlang streifenförmiger Lasermarkierungen schmale Gräben hineingeätzt, so daß etwa 50 µm dünne Stäbchen entstehen, die vom Waferrand gehalten werden. Jedes Stäbchen wird in diesem Rahmen zu beidseitig aktiven Solarzellen gefertigt. Anschließend werden die Stäbchen so angeordnet, daß die breitere Seite der Sonne zugewandt ist. Die insgesamt entstehende Solarzellenfläche ist daher um ein Vielfaches größer als die ursprüngliche Waferfläche, allerdings müssen nun hunderte kleiner Solarzellen zu einem Modul verschaltet werden.

Um Silizium zu sparen werden die kleinen Solarzellen mit einem Abstand im Modul eingebaut, der ungefähr ihrer Breite entspricht. Das Licht, das zwischen zwei Stäbchen hindurchtritt, wird an der Modulrückseite diffus in Richtung der rückseitigen Solarzellenoberfläche reflektiert. Ein Solarpaneel mit SLIVER Cell-Technologie von 1 m² erfordert daher nur das Äquivalent von zwei Silizium-Wafern, um Sonnenlicht in 140 W Leistung umzuwandeln. Im Vergleich zu konventionellen monokristallinen Zellen benötigt diese Solarzellenart nur 10 % der Menge an hochreinem Silizium, wodurch sich die Produktionskosten um bis zu 60 % senken lassen. Mit einzelnen beidseitig aktiven Solarzellen mit Dicken von etwa 50 µm werden Wirkungsgrade von über 19 % erzielt, während Kleinmodulen der Größe 10 x 10 cm eine Effizienz von 17,7 % aufweisen.

Tatsächlich dauert es mit der Markteinführung dann jedoch noch bis Juli 2004, als Origin Energy die neuen Produkte auf der 19. European Photovoltaic Solar Energy Conference in Paris erstmals offiziell vorstellt. Produziert wird aber immer noch nicht. Dafür gibt es 2005 auf der Weltausstellung in Aichi, Japan, den renommierten Global 100 Eco-Tech Award.

Ende 2006 erzielen die ‚Splitter-Zellen’ einen Wirkungsgrad von 20 %. Origin Energy, das insgesamt rund 25 Mio. $ in die Entwicklung investiert, errichtet nun eine 5 MW Produktionslinie im südaustralischen Adelaide und will 2008 mit den neuen Modulen (140 W) auf den Markt kommen. Der Modulwirkungsgrad beträgt ca. 10 %, obwohl nur 50 % der Modulfläche mit Solarzellen belegt sind. Je nach gewünschter Anwendung können die Module ein- oder zweiseitig sein. Eine Erweiterung der Pilotlinien auf 25 MW ist bereits geplant, was allerdings rund 40 Mio. AUS-$ kosten würde.

Ende 2009 startet eine Kooperation zwischen der ANU und der Firma Transform Solar Pty Ltd., einem 50:50 Joint-Venture zwischen Origin Energy und dem Halbleiter-Konzern Micron Technology, um die Technologie der SLIVER cells zu vermarkten. Im Rahmen der Zusammenarbeit sollen auch die Effizienz der Zellen gesteigert und die Herstellungskosten gesenkt werden. Das auf 13,4 Mio. AUS-$ bezifferte Projekt wird umfangreichen Gebrauch von den modernen Fertigungs- und Analyseeinrichtungen machen, die mit einem 4,9 Mio. AUS-$ Zuschuß der ASI Foundation (Australian Solar Institute) für dieses Projekt gekauft werden. Aus diesem Jahr stammen auch die ersten Referenzprojekte von Transform Solar: im März eine 3 kW Anlage aus 33 Modulen auf der Caloundra Library, Sunshine Coast, Queensland, und im April zwei gleichgroße Installationen auf dem Glass House Mountains Visitor Centre und dem Lake Kawana Community Centre am selben Ort, sowie eine 2 kW Anlage in Launceston, Tasmanien.

Anfang 2010 folgt eine 20 kW Anlage auf dem Dach des Townsville City Council von Sunshine Coast, und im Juni kündigt Transform Solar an, daß man auf einem verlassenen Micron-Werksgelände in Boise, Idaho, eine neue Fertigungslinie zur Herstellung effizienter SLIVER cells einrichten werde. Die anfängliche 20 MW Phase beim Hochfahren der Produktion sei bereits in vollem Gange – innerhalb einer umgebauten Halbleiterfabrik in Boise, während das Module-Fließband an einem anderen umgewidmeten Standort von Micron im nahegelegenen Nampa stationiert ist. Die technische Entwicklung verbleibt dagegen weiterhin in Australien. In Phase 2 soll die Produktionskapazität in der ehemaligen Chipfabrik auf > 300 MW angehoben werden. Platz genug gibt es auf dem Micron-Campus für > 650 MW, sobald die Nachfrage eine dritte Phase der Expansion erfordert. Die notwendigen Einrichtungen, Infrastruktur und Mitarbeiter sind bereits vorhanden, und die Partner haben genügend Mittel, da sie zusammen auf einen Umsatz von immerhin ca. 11 Mrd. $ kommen.

Der Bürgermeister von Boise gibt zeitgleich bekannt, daß sich die Stadt in Vertragsverhandlungen mit Sunergy World befindet, um für 45 Mio. $ ein 10 MW Solarkraftwerk auf einer stadteigenen ehemaligen Müllhalde westlich des Flughafens zu bauen. Zum Einsatz kommen sollen dabei Module von Transform Solar.

Im August 2011 wird bekannt, daß die neu gestalteten Westen der australischen Armee mit hauchdünnen, flexiblen, leichten und zweiseitigen SLIVER-Solarzellen ausgestattet werden sollen, um den Bedarf an schweren und lästigen Batterien für den Betrieb elektronischer Geräte zu reduzieren. Die Entwicklung der tragbaren Solarzellen-Technologie des CSES erfolgt als Teil eines mit 2,3 Mio. $ vom australischen Verteidigungsministerium finanzierten gemeinsamen Forschungsprojektes – was man dem Ergebnis aber nicht wirklich ansehen kann...

Im Februar 2012 meldet Origin Energy, daß man entgegen der früheren Absicht, mit den SLIVER-Solarzellen Ende 2011 auf den Markt zu kommen, inzwischen entschieden habe, damit noch zu warten, vermutlich bis 2015 oder 2016. Ebenso werden die Erweiterungspläne der Produktionskapazität erst einmal auf Eis gelegt. Grund ist der scharfe Einbruch der PV-Preise aus China. Im selben Monat geht in Hailey, Idaho, eine knapp 5 kW leistende Anlage in Betrieb – größere Projekte ist man bislang noch nicht angegangen. Die letzten drei Referenzen stammen vom April: eine 1,65 kW Installation in Amsterdam, eine 5,9 kW Anlage in Joseph, Oregon, sowie eine 32 kW Solarkraftwerk für die städtische Kläranlage von Enterprise, ebenfalls in Oregon.

Die jüngste Meldung stammt vom Mai 2012: Origin Energy wird den Betrieb seiner Anlage in Idaho auf unbestimmte Zeit aussetzen und die 50 %-ige Beteiligung an dem Joint-Venture Transform Solar in Höhe von 134 Mio. $ abschreiben, da die aktuelle Marktsituation Investitionen in neue Technologien nicht unterstützt.

Transform wird die Arbeit in Idaho in den drei Folgemonaten schrittweise reduzieren, was mit der Entlassung einer ungenannten Zahl von Arbeitnehmern verbunden ist - das geistige Eigentum an der Technologie jedoch behalten und ggf. im Labormaßstab weiterentwickeln.

Auf seiner Homepage hat Transform Solar 2013 jedenfalls noch zwei verschiedene Modulreihen im Angebot: die monokristallinen High Performance Module (mit 150 W, 157 W und 165 W) sowie die nur 2,8 kg wiegenden, flexiblen und ebenfalls monokristallinen Lightform Module (mit 118 W, 123 W, 128 W und 132 W). Ihre jeweiligen Wirkungsgrade werden leider nicht angegeben.

Spheral und Sphelar Cells

Im Jahr 1983 beginnt sich die US-Firma Texas Instruments (TI) in Dallas, Texas, mit einem besonders innovativen und einzigartigen Ansatz zur Herstellung von Solarzellen zu beschäftigen, den das Unternehmen als Spheral Solar-Technologie bezeichnet. Diese Technologie verwendet kostengünstige Methoden zum Kristallwachstum sowie für die Materialienverarbeitung, um leichte und flexible Low-Cost-Solarzellen zu entwickeln. Die etwa 30 cm x 30 cm großen Spheral Solar Cells, die mit metallurgischem Silizium geringer Reinheit auskommen, bestehen aus jeweils 17.000 - 18.000 Siliziumkugeln, die auf einer dünnen Aluminiumfolie aufgebracht sind und unter optimalen Bedingungen 100 W erzeugen.

Die winzigen Siliziumkugeln entstehen durch sehr schnelles Abkühlen der Schmelze in mehreren Öfen, und werden dann entweder mechanisch geschliffen oder mit Säure geätzt. In diesem Stadium ist jede Kugel ein eigener p-Typ-Kristall. Die Kugeln werden dann mit einem Standard-Industrie-Diffusionsverfahren verarbeitet, um ihnen eine n+-Schicht hinzuzufügen. Einmal vollendet, bildet jede Kugel eine selbstständig agierende PV-Zelle. Zur Herstellung von Modulen werden die Kügelchen auf eine perforierte Aluminiumfolie gepreßt und mit einer zweiten Folie abgedeckt.

Im Rahmen von PVMaT, einer fünfjährigen, kostenteilenden Partnerschaft zwischen dem US Department of Energy (DOE) und der PV-Industrie in den USA, welche die weltweite Wettbewerbsfähigkeit der kommerziellen PV-Fertigung verbessern soll, arbeitet TI an der Optimierung bestehender Prozesse und der Untersuchung alternativer Ansätze zur Reduzierung des Materialverlusts, der Herstellungskosten und der Zykluszeiten seiner neuen Technologie. Es gelingt auf einer Pilot-Produktionslinie Zellausbeuten von 90 % zu demonstrieren, bei Effizienzsteigerung von 8,5 % auf deutlich über 10 %.

1985 beginnt eine Kooperation mit dem Stromversorger Southern California Edison Company (SCE), und nach sechsjähriger Forschung und 10 Mio. $ Kosten wird 1991 eine Pilotanlage mit einer Kapazität von mehreren MW errichtet, in der Prototypmodule für die praktische Erprobung und Auswertung hergestellt werden. Die Serienproduktion soll 1993 beginnen, und die Kilowattstunde nach diesem Verfahren nur noch 0,23 $ kosten (im Vergleich zu den 2 DM, die sonst zu diesem Zeitpunkt veranschlagt werden). Die Forscher erwarten, vor Ende des Jahres 1994 Wirkungsgrade von mehr als 11 % zu erreichen. Eine weitere Kooperation mit der Ontario Hydro konnte ich bislang nicht verifizieren.

1994 werden während der IEEE First World Conference on Photovoltaic Energy Conversion in Waikoloa, Hawaii, zwei Vorträge über die Spheral Solar Cells gehalten, und TI plant, die Siliziumkörner an lokale Produktionsstätten auf der ganzen Welt zu versenden – doch es wird auch bekannt, daß der komplizierte Herstellungsprozeß noch Schwierigkeiten macht. Trotz Finanzierung der Prozeßentwicklung durch das DOE, bei der eine Moduleffizienz von 10,3 % erreicht wird, beendet TI sein Programm im Frühjahr 1995 unter Berufung auf einen Mangel an externer Finanzierung für ein groß angelegtes Werk.

Im Laufe des Jahres schafft es TI, die Spheral Solar-Technologie an die Ontario Hydro Technologies (OHT) zu verkaufen, die vor allem Forschungen über Tritium und die Isotopentrennung betreibt. Doch ‚nuklear’ war ein böses Wort, und OHT versuchte sich ein grünes Image zu geben. Kurz nach dem Kauf änderte sich jedoch die Landesregierung von Ontario (von der NDP zur Konservativen Partei) und grün war nicht mehr angesagt. Man kehrte zur nuklearen Arbeit zurück – und die Spheral Solar-Technologie wanderte weiter.

Es dauerte jedoch lange, bis man wieder von der Sache hört – als im Juli 2002 die Firma ATS Automation Tooling Systems Inc. ankündigt, das innovative Verfahren zur Herstellung von Solarzellen nun endlich kommerzialisieren zu wollen. ATS behauptet, die TI-Technologie weiterentwickelt und verbessert zu haben und bereits Wirkungsgrade gleich denen herkömmlicher Solarzellen zu erreichen, und dies bei niedrigeren Kosten. Die Ingenieure der Firma hatten u.a. herausgefunden, daß perfekt runde Kugeln auf Platten alle in eine Richtung rollen, während unvollkommene Kugeln in die entgegengesetzte Richtung in eine Rücklauffach ‚vibrieren’. Die zurückgewiesenen werden dann wieder eingeschmolzen und der Prozeß solange wiederholt, bis Perfektion erreicht ist. Es ist einfach, elegant, effektiv und das Resultat sind leichte, biegsame und bruchfeste Solarzellen hoher Güte.

ATS hatte durch den Erwerb der französischen Photowatt International S.A. im Jahr 1997 erste Erfahrungen mit Solarzellen gemacht und durch den Einsatz seiner Automatisierungstechnik die Rentabilität wesentlich verbessert. Nun soll die Spheral Solar Technologie möglicherweise an Photowatt lizenziert werden. Eine Pilot-Produktionslinie geht noch während des Sommers in Cambridge, Ontario, in Betrieb, während ATS bereits eine hochautomatisierte Fabrik plant, die ab Herbst des Folgejahres in der Lage sein wird 20 MW Solarzellen pro Jahr zu produzieren. Von den 40 Mio. $ Investitionskosten für die neuen Produktionsanlagen will die kanadische Regierung im Rahmen einer Forschungs- und Entwicklungsvereinbarung 29,5 Mio. $ tragen. Um die neue Technologie zu kommerzialisieren gründet ATS die Tochtergesellschaft Spheral Solar Power Inc. (SSP).

Im Februar 2003 meldet ATS, daß mit dem Bau der 20 MW Fabrik begonnen worden ist, und das erste von sechs geplanten SSP Prototyp-Produkten für die Vermarktung bereit sei. Die Herstellung der ersten 15 x 60 cm großen Zellen an der Pilotlinie in Cambridge steht ebenfalls kurz vor dem Abschluß – es werden die größten multikristallinen Solarzellen der Welt sein. Die Eröffnung der Fabrik erfolgt im Juni 2004, und ATS beginnt, die 26 einzelnen Produktionsschritte zu optimieren. Es ist bereits vorgesehen, daß die jährliche Kapazität der Anlage auf 40 MW erhöht wird. Das Unternehmen behauptet, daß mehr als 50 Unternehmen weltweit auf Proben in Form 15 x 15 cm großer Zellen warten, um die Technologie zu bewerten. ATS stellt das erste Produkt, ein flexibles Modul für Freizeit, marine und netzferne Anwendungen auf der 19. European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition in Paris vor – und beginnt kurz darauf damit, die SuperFlex Serie mit 25, 50 oder 75 W auch auszuliefern.

Oktober wird gemeldet, daß Wissenschaftler der University of Waterloo mit SSP im Rahmen einer vierjährigen Forschungsinitiative zusammenarbeiten, um die Energiekosten der kugelförmigen Solarzellen zu reduzieren. Auch der bislang erreichte Wirkungsgrad von 11 % soll gesteigert werden. Die Forscher, die bereits im vergangenen Jahr damit begonnen haben, suchen nach Möglichkeiten, um die Verunreinigungen in den Siliziumkugeln von der Mitte zur Oberfläche hin zu charakterisieren, um so viele kristallographische Defekte wie möglich innerhalb des Materials zu beseitigen. Gleichzeitig versucht das Team, den schwierigen Einsatz von plasmaverstärkten, chemischen Gasphasenabscheidungs-Techniken in den Griff zu bekommen, um den Kügelchen eine anti-reflektierende Beschichtung zu geben. Finanziert wird das gemeinsame Projekt vom Natural Sciences and Engineering Research Council (NSERC).

Anfang 2005 wird bekanntgegeben, daß SSP in Abstimmung mit der Partnerfirma Elk Corp. den ersten Prototyp seiner integrierten Solardach-Technologie entwickelt – und in einer Broschüre vom Mai gibt es erstmals eine genauere Zahl: Demzufolge hat ATS bislang 100 Mio. $ in SSP investiert und besitzt mehr als 40 Patente zur Spheral Solar Cells Technologie. In einer Präsentation des Prometheus Institute for Sustainable Development über die Spheral-Technologie vom August dieses Jahres wird davon ausgegangen, daß der Wirkungsgrad für Solarmodule im Bereich der sphärischen Silizium-Technologie zwischen 11 % und 15 % beträgt, obwohl bei Labortests Wirkungsgrade über 20 % erzielt worden sind. Kommerzielle Zellen auf Basis dieser Technologie lassen eine Effizienz um rund 11 % erwarten. Eines der größten Probleme bei der Umsetzung sei die geringe Lebensdauer, die derzeit weniger als drei Jahre beträgt. Die Herstellungskosten würden bis zu 1,50 $/W betragen.

Im März 2006 gibt ATS eine neue Finanzierungsstrategie für seine Solarabteilung bekannt. Der Verwaltungsrat beschließt den Börsengang mit Stammaktien einer neu gegründeten Tochtergesellschaft namens Photowatt Technologies Inc., welche die Vermögenswerte des ATS Solar Group hält, die aus der Photowatt International (in Frankreich) und der Spheral Solar Power bestehen. Im Januar 2007 folgt dann eine etwas überraschende Meldung, der zufolge die Photowatt Technologies eine Absichtserklärung unterzeichnet habe, um die Entwicklung seiner Spheral Solar-Technologie durch eine Kooperation mit der Clean Venture 21 Corp. (CV21) aus Kyoto, und der Fujipream Corp. aus Hyogo, Japan, voranzutreiben. Dies soll durch die gegenseitige Lizenzierung bestimmter Rechte am geistigen Eigentum, einschließlich der Rechte zur Herstellung und Vermarktung von Kugel-basierten Solarzellen und -modulen erfolgen. Über die Technologie dieser beiden genannten Firmen berichte ich unter Monokristallines Silizium (s.d.). Zeitgleich reduziert SSP seine Mitarbeiterzahl um rund 20 Personen. Im Februar beginnt Photowatt Technologies mit dem Verkauf von 10.937.500 Stammaktien mit einer Preisspanne zwischen 15 $ und 17 $ pro Aktie.

Seltsamerweise geben ATS und SSP im Juni 2007 bekannt, daß man die weiteren internen Entwicklungsarbeiten an den Spheral Solar Cells gestoppt habe, um die mit seiner Kommerzialisierung verbundenen Verluste und Mittelabflüsse künftig weitgehend zu reduzieren. Statt dessen wird darüber nachgedacht, die Vermögenswerte der SSP an die CV21 zu verkaufen. Ende 2008 reicht SSP ein Patent ein (Photovoltaic Apparatus Including Spherical Semiconducting Particles, US-Anmeldung Nr. 20080289688), bei dem als Erfinder der SSP-Geschäftsführer Milfred Dale Hammerbacher sowie ein Mark Douglass Matthews aus Richardson, Texas, genannt werden. Trotzdem werden die SSP-Arbeiten als ‚abgewickelt’ bezeichnet – und in den Folgejahren hört man auch nichts mehr darüber.

Erst im Oktober 2011 gibt es eine Erwähnung, als ATS erklärt, daß die Produktionsleistung der Photowatt International SAS in der Bourgoin-Fabrik auf etwa ein Drittel gedrosselt werde. Dies scheint aber nichts genützt zu haben, denn nur einen Monat später stellt Photowatt einen vorläufigen Insolvenzantrag. Dieser sei notwendig geworden, nachdem umfangreiche Verhandlungen über den Verkauf des Unternehmens fehlgeschlagen seien. Der Presse zufolge zieht sich ATS im April 2012 endgültig aus dem Solargeschäft zurück. Beim jüngsten Update dieser Seite im März 2013 existiert die Spheral Solar Power Inc. unter der Leitung von Hammerbacher zwar noch – aber nur als kleiner Online-Händler von Photovoltaik-Anlagen, Paneelen und Zubehör in Salt Lake City, Utah.

An dieser Stelle ist es interessant zu erwähnen, daß im Juni 2000 der Erfinder Akira Ishikawa aus Royse, Texas, ein Patent anmeldet, das ihm im März 2002 auch erteilt und unter dem Namen von Ishikawas Firma Ball Semiconductor Inc. in Frisco, Texas, geführt wird (Spherical shaped solar cell fabrication and panel assembly, US-Nr. 6.355.873). Das Unternehmen arbeitet seit seiner Gründung im Oktober 1996 an verschiedenen technischen Herausforderungen – darunter kugelförmige Sensoren aus Silizium mit 1 mm Durchmesser, mit denen ab 2006 die Entwicklung neuer Solarzellen erfolgen soll. Einen passenden Namen dafür gibt es jedenfalls schon: Ball Solar Technology.

Nachdem Ishikawa im März 2004 gestorben ist, scheint es allerdings nicht mehr weiterzugehen. Das Unternehmen präsentiert sich zwar noch auf Ausstellungen – wie zuletzt auf der PITTCON 2009 in Chicago, aber von Solarzellen ist nicht mehr die Rede.

Es geht aber auch anders:

Das 1980 gegründete japanische Unternehmen Kyosemi Corp. in Kioto präsentiert 2005 unter dem Markennamen Sphelar eine hocheffiziente Methode zur Herstellung von Silizium-Solarzellen, an welcher der Erfinder und Firmengründer Josuke Nakata seit Mitte der 1990er Jahre arbeitet – ab 1998 sogar mit einem eigenen Mikrogravitations-Labor.

Dabei läßt man geschmolzenes Silizium aus einer Höhe von 14 m hinuntertropfen, wobei die Oberflächenspannung im Laufe des 1,5 Sekunden langen Falls winzige Blasen in homogener Größe mit einem Durchmesser von 1 mm formt, während das Silizium auskristallisiert. Diese Bläschen bilden dann den Kern der sphärischen Mikropartikel-Solarzellen, die anschließend – auf Oberflächen jeglicher Form aufgebracht – das Sonnenlicht aus allen Richtungen einfangen können. Der p-n-Übergang wird an der Oberfläche des Siliziumkorns gebildet, während auf der einen Seite und der gegenüberliegenden die positiven und negativen Kontakte angeschlossen werden. Zu netzartigen Strukturen verdrahtet (Mesh) können verschieden große Module geformt werden.

Besonders aus wirtschaftlicher Sicht ist sehr interessant, daß die Sphelar-Zellen aus minderwertigen Siliziumscherben hergestellt werden und es – anders als bei herkömmlichen Silizium-Solarzellen – nicht erforderlich ist, unter hohem Materialverlust Wafer aus einem massiven Block auszusägen.

Im Jahr 2004 läßt Kyosemi der Markennamen Sphelar eintragen (eine Verquickung von sphärisch und solar) und beginnt mit der Herstellung erster Prototypen, die im Folgejahr präsentiert werden. 2006 werden die Sphelar-Fenster des Unternehmens als eines der ‚Top 10 Green Building Products’ ausgewählt.

Im Mai 2007 gründet der Brennstoffzellen-Entwickler und Erfinder Robert Hockaday die Firma e^Qsolaris Corp. mit Sitz in Los Alamos, die sich als ‚Synergistisches Unternehmen’ bezeichnet, das aus der Kyosemi Corp., der Energy Related Devices (ERD) - die Energieforschungs- und Technologieentwicklungs- Firma von Hockaday in Los Alamos, New Mexico – und der Mihama-Gruppe besteht, einem japanischen Chemie- und Werkstoffunternehmen. Gemeinsam teilen sich die drei Partner zwei Patentanmeldungen, ihre wissenschaftlichen und intellektuellen Ressourcen, sowie Kapital und Vertrieb.

Hockaday führt diverse Versuche mit den Sphelar-Zellen durch, die auf der Seite des Unternehmens auch ausführlich dokumentiert sind. Mit einer Mikro-Konzentratorvorrichtung aus elastischen Spiegelkontakten hinter einer Spiegellinse aus Acryl erreicht er eine Effizienz von etwa 10 %. Er rechnet aber auch aus, daß die wesentlich geringeren Materialkosten von 40 $ bis 60 $ pro Kilogramm – im Vergleich zu den 200 $/kg bei hochgradigem Silizium – in Verbindung mit einem reduzierten Materialbedarf durch kleinere Kügelchen zu einem Herstellungspreis von 0,20 $/W führen könnte.

Hockaday hat daher Pläne, die Sphelar-Zellen in Tucumcari, New Mexico, herzustellen, und beziffert die Kosten für einen Prototypen, der in 9 Monaten entwickelt werden soll, auf 0,6 Mio. $ - während das entsprechende Start-up, um innerhalb von drei Jahren eine 14 MW Pilotproduktionslinie auf die Beine zu stellen, 10 Mio. $ kosten soll. Anschließende Erweiterungen würden dann nur noch 15 Mio. $ pro 100 MW Jahreskapazität kosten. Vermutlich bekommt er keine Resonanz, denn später hört man nichts mehr davon, und auch auf seiner Homepage lassen sich keine Spuren dieser Kooperation mehr finden.

Kyosemi demonstriert derweil im April 2010 seine Zellen erfolgreich auf der PV Expo in Tokio und gibt bekannt, daß der im Labor erreichte Wirkungsgrad von nahezu 20 % etwa einem Drittel mehr entspricht, als konventionelle flache Solarzellen derzeit erzielen. Im Mai 2012 gründet das Unternehmen eine eigene spin-off Firma namens Sphelar Power Corp., welche die mit einem Durchmesser von 1 – 2 mm hergestellten Sphelar-Zellen als Einzelzellen, kuppelförmige Kleinstmodule und auf flexiblen Oberflächen wie Folien anbietet, die auch weitgehend transparent sein können. Bislang ist jedoch weder über Verkäufe etwas zu erfahren – noch gibt die Firma Details über die bei Produktionszellen tatsächlich erzielten Wirkungsgrade bekannt.

Im November 2012 stellt die Sphelar Power die weltweit erste Energy-Harvesting-Textile mit mikro-sphärischen Solarzellen vor. Der Prototyp mit den eingewobenen kugelförmigen Solarzellen von 1,2 mm Durchmesser wurde im Rahmen einer interdisziplinären Zusammenarbeit mit dem Industrial Technology Center der Präfektur Fukui entwickelt, das als innovatives F&E-Zentrum für die lokale Textilindustrie dient.

Solarzellen-Farbe

Das Thema Solarzellen-Farbe wurde schon mehrfach bei den vorangegangenen Solarzellen-Arten angesprochen. Nachfolgend ist die Entwicklung seit 2006 nebst den involvierten Instituten und Unternehmen dokumentiert.

Einem Team um den japanischen Forscher Masahiro Furusawa gelingt es 2006, Silizium-Filme aus einer Flüssigkeit zu erzeugen, die sich sogar mit Tintenstrahl-Druckern auf das Substrat aufbringen läßt. Flüssiges Silizium kommt dafür schon wegen seines sehr hohen Schmelzpunktes von über 1.400 °C nicht in Frage. Die japanischen Forscher wählten als Ausgangspunkt deshalb Cyclo-Pentasilan (Si₅H₁₂), eine Silizium-Wasserstoff-Verbindung, die den Vorteil hat, schon bei Zimmertemperatur flüssig zu sein. Erhitzt man diese Flüssigkeit, dann gast sie den Wasserstoff aus, und übrig bleibt reines Silizium.

Zur Beherrschung des Prozesses erzeugen die Forscher durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht nichtflüchtige Polysilanketten, deren Konsistenz Schwerölen ähnelt. Stoppt man diesen Prozeß auf halbem Wege, lösen sich die Polysilane derart auf, daß sich aus der entstandenen Lösung elementares, aber amorphes Silizium bilden kann. Als letzter Schritt folgt eine UV-Bestrahlung, um daraus polykristalline Strukturen zu erzeugen. Negativ wirkt sich beim Druckprozeß vor allem aus, daß es noch nicht gelingt, den Trocknungs- und Schrumpfungsprozeß eines ‚Tinten’-Tropfens ausreichend genau zu kontrollieren – die entstehenden Silizium-Inseln werden bislang meist zu dick.

Im März 2008 meldet die Fachpresse, daß Prof. Dave Worsley an der Swansea University in Wales an der Entwicklung einer Solarfarbe arbeitet, die sich auf flexible Stahloberflächen aufbringen läßt, wie sie zur Verkleidung von Gebäuden verwendet werden. Ein Forschungsstipendium des Welsh Energy Research Centre (WERC) der walisischen Regierung hatte Worsley erlaubt, mit dem führenden englisch-niederländischen Stahlunternehmen Corus eine Durchführungsstudie zu erarbeiten, deren positives Ergebnis zur Vergabe eines Drei-Jahres-Projekts im Wert von 9,5 Mio. £ durch das Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC) führte. Nun kooperiert die Swansea University mit der Bangor University, der University of Bath und dem Imperial College London, um wirtschaftlich rentable Photovoltaik-Materialien für den Einsatz in der Stahlindustrie zu entwickeln. Corus soll zig Millionen Euros in das Venture investieren.

Das Ziel der Forscher ist es, Zellen zu produzieren, die mit einer Geschwindigkeit von 30 – 40 m² pro Sekunde auf eine flexible Stahloberfläche aufgebracht werden, wenn dieser während des Herstellungsprozesses durch die Walzen geführt wird. Insgesamt bekommen die Stahlbleche dabei vier Schichten: eine Trägerschicht, eine Schicht aus Farbstoff-Solarzellen, eine Elektrolytschicht und schließlich eine Schutzfolie. Die ersten Zellen zeigen eine Effizienz um 5 %. Im Oktober gibt Corus Colours bekannt, daß die neuen Solarzellen bereits einen Wirkungsgrad von 11 % erreichen. Außerdem wird in Nordwales ein Labor aufgebaut, um die neue Technologie weiter zu entwickeln. Auch die Produktion des Solar-Lacks soll schon bald beginnen.

Tatsächlich hört man jedoch erst zwei Jahre später, im Oktober 2010, wieder etwas von dieser Entwicklung, nachdem Corus Colours von der Firma Tata Steel übernommen worden ist. Nun soll zusammen mit dem australischen PV-Spezialisten Dyesol Ltd. (mit dem Corus seit 2007 kooperiert), der Firma Pilkington Glass und weiteren Partnern an der Technologie gearbeitet werden, wobei besonderer Wert darauf gelegt wird, daß die zu entwickelten Materialien besonders effizient bei der Erfassung geringer Lichteinstrahlung sind. Gleichzeitig will Corus Colours in seinem Werk in Shotton, Flintshire, eine Rolle-zu-Rolle-Linie aufbauen, um aus flexiblen Stahlbändern großflächige Solarpaneele zu machen. Im April 2011 wird das Sustainable Building Envelope Centre in Nordwales eingeweiht, wobei Tata Steel bekannt gibt, daß man 10 Mio. £ in das Entwicklungsprojekt investieren wird. Weitere 11 Mio. £ sollen in ein Projekt zur Entwicklung eines neuen Herstellungsverfahrens fließen. Im Juni sagt Sylvia Tulloch, die Gründerin der Dysol, daß man in etwa zwei Jahren mit der Produktreife rechnen könne.

Im August 2008 gewinnt die 23-jährige Doktorandin an der University of New South Wales Nicole Kuepper den British Council Eureka Prize – quasi ein Oscar der australischen Wissenschaft –, für ein Low-Cost-Inkjet-Druckverfahren für Solarzellen. Motiviert wurde sie möglicherweise, als sie zu ihrem 10. Geburtstag von ihren Eltern ein inspirierendes Geschenk erhielt: Einen Solarenergie-Bausatz.

Die iJET Solarzelle stellt einen Durchbruch dar, denn sie kann einfach, kostengünstig und ohne Hightech-Umgebungen fabriziert werden. Ihr Funktionsmodell hat die Preisträgerin mit einem Tintenstrahldrucker, Aluminium-Spray und einen niedrig-Temperatur Pizzaofen hergestellt. Leider scheint ihr Projekt danach aber nicht weiterverfolgt worden zu sein.

Dafür wird im September 2008 gemeldet, daß auch ein Forscherteam an dem zum Nationalen Forschungsrat CNR gehörenden Istituto per lo studio di Materiali Nanostrutturali einen photovoltaisch wirkenden Lack entwickelt hat. Dessen Erfinder Fabio Capelli, Antonio Maroscia und Stefano Segato gehen davon aus, daß der Photon Inside genannte Anstrich mit einer Fläche von 50 m² auf eine Leistung von 3 kW kommt. Eine Auftragungsfläche von 290 m² – was einem dreistöckigem Gebäude mit sechs Wohnungen entspricht – soll dabei weniger als 60.000 € kosten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Solarlack auf jedem beliebigen Untergrund aufgetragen werden kann, ebenso könne der Anstrich bei nachlassen der Wirkung jederzeit erneuert oder nachgebessert werden. Doch auch in diesem Fall lassen sich keine weiteren, aktuelleren Informationen finden.

Im September 2008 nimmt die im Jahr 2006 in Endicott, New York, gegründete Firma NanoMas Technologies Inc., die hochleitfähige, metallische Nanopartikel für den Einsatz in der gedruckten Elektronik, bei leitfähigen Pasten und bei Solarzellen herstellt, in einer ersten Finanzierungsrunde A von Investoren wie BASF Venture Capital, Earthrise Capital Fund und NanoMaterials Investors einen Betrag von 3,2 Mio. $ ein, von dem BASF fast die Hälfte deckt. Das erste Patent bekommt NanoMas im Dezember 2010 zugesprochen, und im Juli 2011 gibt die sich inzwischen als ein weltweit führendes Unternehmen bezeichnende NanoMas bekannt, daß es nun mit verbesserten Rezepturen seiner NanoSilver- und NanoGold-Inkjet-Tinten auf den Markt kommen wird.

Im Oktober 2008 erhält die von Conrad Burke im Jahr 2002 gegründete Firma Innovalight Inc. eine Förderung des DOE, um ihr berührungsloses Tintenstrahldruckverfahren weiterzuentwickeln, dessen Tinte aus perfekt kristallinen Silizium-Nano-Partikeln in der Größe von 5 nm besteht, die auf dünne Silizium-Wafer aufgetragen wird um deren Effizienz zu steigern. Das Unternehmen, das ursprünglich auf dem Weg war, ein Solarzellen- und Solarmodul-Hersteller zu werden, hatte seinen Geschäftsplan geändert, um Hersteller der Photovoltaik-Tinte zu werden und seine Umsätze aus dem Verkauf der Tinte und aus Lizenzeinnahmen zum Einbau des Prozesses in bestehende Fertigungslinien zu machen. Es kooperiert dabei mit dem NREL. Die Erstinvestition in Innovalight in Höhe von 2,5 Mio. $ tätigt im April 2006 die Harris & Harris Group. In verschiedenen Finanzierungsrunden nimmt Innovalight danach von Investoren wie Convexa Capital, Arch Venture Partners, Apax Partners, Scatec, Sevin Rosen Funds und Triton 7,5 Mio. $ (B) bzw. 28 Mio. $ (C) ein.

Innovalight installiert im Juni 2009 am Hauptsitz des Unternehmens in Sunnyvale, Kalifornien, das weltweit erste industrielle Silizium-Tinte Inkjet-Drucksystem mit hohem Durchsatz, das in Zusammenarbeit mit der OTB Solar (später: Roth & Rau AG) entwickelt und hergestellt wurde und eine Jahresproduktionskapazität von 10 MW aufweist. Das OTB-Drucksystem ermöglicht die Pilot-Großserienproduktion von ultra-dünnen kristallinen Silizium-Solarzellen (50 Mikron) und basiert auf einer ‚atmosphärischen Bearbeitung’, die ohne Vakuum-Systeme auskommt. Im September gibt Innovalight bekannt, daß seine Zellen 18 % des Sonnenlichts umwandeln können – im Labormaßstab. Sowohl das NREL als auch das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme bestätigen die Zelleneffizienz. Burke behauptet, daß seine Firma bereits sechs Kunden habe – sowie eine Fabrik mit einer Kapazität von 100 MW, die mittelfristig auf 1 GW erweitert werden soll. Bis zu diesem Zeitpunkt hat Innovalight 40 Mio. $ an Kapital bekommen. Vom DOE gibt es dazu weitere 3 Mio. $. Gemeinsam mit dem NREL arbeitet Innovalight auch an der Erforschung des Energieumwandlungs-Potentials der Quantenpunkte (s.d.), wobei sich herausstellt, daß der dort auftretende Multiple Exciton Generation (MEG) Effekt nicht nur in toxischen Metallen wie Blei auftritt, sondern auch in dem ungiftigen Silizium.

An einer neuen Generation von Hochleistungs-Solar-Produkten unter Verwendung der Silizium-Ink-Technologie von Innovalight arbeitet auch die chinesische JA Solar Holdings Co. Ltd. an ihrer F & E-Pilotlinie in Yangzhou. JA Solar will unter Verwendung ihrer bestehenden Solarzellen-Linien bereits 2010 mit der Vermarktung der neuen Zellen beginnen, bei denen die SECIUM Nanopartikel-Tinte zum Einsatz kommt.

Im Januar 2010 bringt eine von EDB Investments aus Singapur angeführte Finanzierungsrunde D 18 Mio. $ ein, im Februar erhält Innovalight eines seiner Kernpatente (von über 60 Anmeldungen), im Mai startet das Unternehmen seine Pilot-Produktionslinie und meldet eine Zelleneffizienz von 18,9 %, und im Juli wird eine Kooperations- und Produktionsvereinbarung mit der chinesischen Firma Yingli Green Energy geschlossen, um bis 2012 den Wirkungsgrad gemeinsam um weitere drei Prozentpunkte anzuheben.

Im Januar 2011 gewinnt Innovalight einen neuen Kunden: den taiwanesischen Hersteller von Ein- und Multikristallinen Silizium-Solarzellen Motech. Die anderen asiatischen Kunden sind neben Yingli und JA Solar die Firmen Solarfun, Hanwha SolarOne und Jinko Solar. Die nächste Meldung stammt vom Juli 2011 und besagt, daß Innovalight von DuPont aufgekauft worden ist – über den Kaufpreis wurde Stillschweigen bewahrt. Das Unternehmen firmiert nun unter dem Namen DuPont Innovalight. Gemeinsam mit dem NREL wird 2011 auch ein R&D 100 award des gleichnamigen Magazins entgegengenommen, der in den USA als ‚Innovations-Oskar’ gilt.

Im Mai 2012 gibt DuPont Innovalight bekannt, daß die Firma Hyundai Heavy Industries (HHI) mit der Massenproduktion von Solarzellen begonnen hat, die mit der Silizium-Ink-Technologie von DuPont Innovalight ‚aufgerüstet’ sind und einen Wirkungsgrad von über 19,5 % erreichen.

Doch nun weiter mit der Chronologie:

Im Februar 2009 gibt die Firma imaging Technology international Corp. (iTi) in Boulder, Colorado, bekannt, daß sie die Tochterfirma iTi Solar gegründet habe, um industrielle Präzisions-Inkjet-Systeme zu entwickeln, mit denen die Effizienz der Solarzellen-Herstellung verbessert und die Herstellungskosten gesenkt werden sollen. Man arbeitet mit dem NREL zusammen, wo zwei mit Sichtfenstern versehene Klima-kontrollierte Kammern installiert werden, um den Wissenschaftlern zu helfen die hochempfindlichen Materialien, Farben und Verbindungen im Inneren zu manipulieren. Danach auch hier wieder: keine weiteren Informationen...

Ebenfalls 2009 erfahre ich von der Firma Trident Solar, welche spezielle Inkjek-Systeme für Solarfarbe entwickelt und vertreibt. Das Unternehmen hat bereits mehr als 30 Jahre Erfahrung auf diesem Sektor.

Eine weitere Firma, von der ich erstmals 2009 höre, als sie ihre erste Entwicklungslinie zur Herstellung von Solarfarbe eröffnet, ist die bereits 2002 als Spinout der Carnegie Mellon University gegründete Plextronics Inc. mit Hauptsitz in Pittsburgh, Pennsylvania. Im Jahr 2007 gewinnt das Unternehmen den PV Technology Incubator Award.

Das Technologieunternehmen ist auf organische Solarzellen, OLEDs und insbesondere auf leitfähige Tinten- und Prozeßtechnologien fokussiert, die diese und andere ähnliche Anwendungen ermöglichen. Grundlage ist eine von Dr. Richard McCullough entwickelte leitfähige Polymer-Technologie. Das Unternehmen wird mit mehr als 22 Mio. $ durch die Investoren Solvay North American Investments LLC, Firelake Capital, Birchmere Ventures, Draper Triangle Ventures, Newlin Investment, Applied Ventures u.a. finanziert.

Im August 2009 bringt eine Finanzierungsrunde B 14 Mio. $ ein (12 Mio. $ davon stammen von der Solvay Group), die es Plextronics ermöglicht, weitere F&E-Arbeiten an der Pilotherstellung durchzuführen. Zeitgleich stellt das Unternehmen seine Solarmodule für Tests am NREL zur Verfügung. Zehn Module – hergestellt unter Verwendung des firmeneigenen Plexcore-PV ready-to-use-Farbsystems – werden auf dem Dach der Outdoor-Testanlage des NREL in Golden, Colorado, installiert. Die nächsten Ankündigungen der Firma stammen vom Juni 2010. Zum einen soll der neue Plexcore-PV 2000 Tintenset im Vergleich zur herkömmlichen organischen Solartechnik eine in Innenräumen um 30 % bis 40 % höhere Leistungsdichte aufweisen, und zum anderen wird ein Herstellungsverfahren entwickelt, des die Tieftemperatur-Verarbeitung von OPV bei weniger als 65°C ermöglicht. Die neue Methode soll die Herstellungskosten reduzieren, insbesondere durch Verwendung kostengünstiger Substrate wie Kunststoff.

Im Februar 2011 gewinnt Plextronics den Corporate Innovation Award, im Juli schießt Solvay weitere 15 Mio. $ in das Unternehmen, und im September wird auf der European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (PVSEC) in Hamburg gemeinsam mit dem belgischen Forschungszentrum IMEC eine organische Polymer-basierte Single-Junction-Solarzelle mit 6,9 % Leistung präsentiert. Als Modul mit einer Fläche von 25 cm² werden immerhin noch 5 % erreicht. Ziel des Unternehmens ist es, in zwei bis drei Jahren Solarzellen mit einer Lebensdauer von über 10 Jahren und Wirkungsgraden von 10 % vorstellen zu können.

Zeitlich nicht genau zuordnen konnte ich die Arbeit von Prof. Paul Dastoor von der australischen University of Newcastle. Laut einer Meldung von 2011 soll er sich zusammen mit seinem Team bereits seit einer Dekade mit der Entwicklung einer organischen Solarzellen-Farbe beschäftigen. Diese beruht auf einem Nanopartikel-Fluid, das im Wesentlichen auf Wasser basiert und soll zu einem Produkt entwickelt werden, das direkt auf Gebäudedächer oder jede andere leitende Oberfläche gestrichen werden kann.

Forscher der TU Chemnitz um Prof. Heinrich Lang entwickeln 2011 gemeinsam mit vier sächsischen Firmen in einem mit Bundes- und Landesmitteln geförderten Projekt Dünnschicht-Solarzellen auf Silizium-Basis. Primäres Ziel ist allerdings ein kostengünstigeres Herstellungsverfahren nebst einer sogenannten ‚In-Line Analytik’ für den Produktionsprozeß. Sobald die Grundlagenforschung abgeschlossen sei, soll das neue Verfahren mit Hilfe der Industriepartner zur Marktreife gebracht werden. Zu den beteiligten Unternehmen gehören das Institut für innovative Technologien ITW e. V. Chemnitz, die SIGMA Chemnitz GmbH, die SITEC Industrietechnologie GmbH Chemnitz und die DTF Technology GmbH Dresden.

Bereits im September werden die ersten Solarzellen vorgestellt, die auf Papier gedruckt werden können. Die 3PV Technologie (printed paper photo voltaics) nutzt verschiedene Druckverfahren, bei denen spezielle Druckfarben mit elektrischen Eigenschaften die notwendigen Strukturen auf dem Papier bilden. Als Basiselektrode wird natürlich oxidiertes Zink aufgebracht, während die transparente Gegenelektrode mit PEDOT, einem leitfähigen Polymer aufgedruckt wird. Der Wirkungsgrad der gedruckten Zellen beträgt erst 1,3 %, soll im Zuge der Forschungsarbeiten aber auf über 5 % erhöht werden, damit ein 3PV-Modul auch bei einer Lebensdauer von unter einem Jahr wirtschaftlich interessant wird.

Im Juni 2011 wird bekannt, daß es Ingenieuren der Oregon State University (OSU) um Prof. Chih-hung Chang gelungen ist, mit der Inkjet-Technologie CIGS-Solarzellen herzustellen, deren Rohstoffbedarf um 90 % reduziert ist. Dabei ist eine ein oder zwei Mikrometer dicke Schicht aus Chalkopyrit in etwa so effizient wie eine 50 Mikrometer dicke Schicht aus Silizium. Der aktuelle Wirkungsgrad beträgt etwa 5 %, wobei die Forscher mit kontinuierlicher Forschung bis zu 12 % erreichen wollen. Die Arbeiten werden von dem Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, dem US Department of Energy und dem Venture Development Fund der OSU unterstützt.

Einen Monat später wird auch aus dem MIT gemeldet, daß ein Team von Forschern um Prof. Karen Gleason eine Tinten-Technologie entwickelt habe, die das Drucken von Solarzellen auf Papierbögen ermöglicht. Ich habe darüber schon unter Organische Solarzellen sowie unter Papier-Solarzellen berichtet (s.d.).

Ebenfalls im Juni 2011 wird über das von der australischen Regierung geförderte, neu gestartete und 7,2 Mio. $ schwere ‚Printing solar cells – A manufacturing proposition for Australia’ Projekt berichtet. Hierbei arbeiten weltweit führende Solarforscher der University of Melbourne, dem CSIRO Future Manufacturing Flagship und der Monash University mit den Industriepartnern BlueScope Steel, Innovia Films und Robert Bosch zusammen, um eine kommerziell einsetzbare Druckmaschine zur Herstellung von Solarzellen zu entwickeln.

Im September 2011 folgt die Meldung, daß ein Team von Wissenschaftlern verschiedener Universitäten in ganz Großbritannien, darunter Oxford, Cambridge und Bristol, geleitet von Prof. Neil Robertson an der Universität Edinburgh, eine Farbe in der Entwicklung hat, die das Sonnenlicht einfangen und in Energie umwandeln kann. Die Arbeit konzentriert sich auf die Verwendung von Farbstoffen, um eine revolutionäre, völlig neue Generation von Low-Cost-Solarzellen zu produzieren.

Über das Sun-Believable-Projekt von Forschern der University of Notre Dame, das im Dezember 2011 in die Presse kommt, habe ich bereits unter Quanten-Dot-Solarzellen berichtet (s.d.).

Im Februar 2012 folgt eine weitere Meldung aus dem MIT. Diesmal geht es um Andreas Mershin, der eine Solarzellen-Farbe aus grünem organischem Material (Rasenschnitt, landwirtschaftliche Abfällen) und maßgeschneiderten Chemikalien entwickelt, die sich ohne anspruchsvolle Labor-Ausrüstung produzieren läßt. Bislang wird damit allerdings erst ein Wirkungsgrad von 0,1 % erreicht. Die Solarzelle entsteht durch Isolierung der Photosystem-I-Moleküle (die in Pflanzen die Photosynthese durchführen) und durch bei Raumtemperatur auf einer Vielzahl von Oberflächen wachsende Zinkoxid-Nanodrähte. Nach mehrjähriger Forschung war es gelungen, dieses Protein zu stabilisieren und den Prozeß zur seiner Gewinnung zu optimieren.

Ebenfalls am MIT gewinnt Miles C. Barr im März 2012 den prestigeträchtigen und 30.000 $ schweren Lemelson-MIT Student Prize für seine innovativen Solartechnologien. Er ist Mitglied des bereits genannten Gleason-Teams und 2011 Mitbegründer der Ubiquitous Energy Inc., einem Start-up, das mit der Drucktechnologie einen kommerziellen Prototyp entwickeln will.

Mitte 2012 mischt sich ein alter Bekannter in die Entwicklung druckbarer Solarzellen ein: Shawn Frayne, Erfinder des legendären Windbelt (s.d.), der nun gemeinsam mit Alex Hornstein eine sogenannte Solar Pocket Factory entwickelt und im August als Kickstarter-Projekt plaziert. Es gelingt dem innovativen Duo innerhalb der begrenzten Laufzeit statt den erhofften 50.000 $ sogar über 77.000 $ einzunehmen.

Mit dem automatischen Druckersystem, das einem Desktop 3D-Drucker ähnelt, sollen kleine PV-Paneele schnell und kostengünstig produziert werden können – ein Stück alle 15 Sekunden.

Ich bin gespannt darauf, wie lange es nun dauert, bis das Drucksystem als Massenprodukt angeboten wird – und für wieviel...

Solarzellen-Spray

Eine Abwandlung der vorangegangenen Solarzellen-Farbe ist das Solarzellen-Spray, das ich im Folgenden separat behandle.

Im Januar 2005 berichtet die Presse von einer neuartigen Solarzelle auf Polymerbasis, deren nanotechnologische Komponenten erstmals auch Infrarotstrahlung in Elektrizität umwandeln können. An der Universität von Toronto, wo Ted Sargent und sein Team an der Entwicklung der neuen Zelle arbeiten, rechnet man mit einer bis zu fünffachen Effizienzsteigerung gegenüber herkömmlichen Modellen aus Plastik, die derzeit maximal 6 % erreichen. Was dieses PV-System besonders interessant macht ist die Möglichkeit, es als Sprühfilm auf diversen Trägermaterialien aufzubringen, seien diese nun aus Metall (Autokarosserie) oder Textilien (Kleidung). Außerdem lassen sich ausrollbare Matten vorstellen, die schnell und einfach zu transportieren sind.

Aus den Folgejahren liegt mir bislang kein Material vor; erst im Februar 2009 gibt es eine Meldung, derzufolge Forscher an der Australian National University (ANU) gemeinsam mit dem neuen australischen Solarunternehmen Spark Solar Australia sowie dem finnischen Unternehmen für Nano-Beschichtungen Braggone Oy (später: Optitune International Pte.) an einem Drei-Jahres-Projekt zur Entwicklung von preiswerten und hoch effizienten Spray-on Solarzellen arbeiten. Bei der Aufsprüh-Methode laufen die Zellen auf einem Förderband und werden mit einem Wasserstoff-Film und einer Antireflexions-Schicht besprüht, ohne daß hierzu ein Vakuum benötigt wird. Die Kosten einer Herstellungslinie würden sich damit auf rund 5 Mio. AU-$ senken lassen. Die Wissenschaftler hoffen, die kommerzielle Produktion im Jahr 2011 beginnen zu können.

Spark Solar Australia plant bereits die Errichtung einer 60 Mio. $ teuren Solarzellenfabrik mit einem Jahresausstoß von mehr als 10 Mio. Zellen, die Ende 2010 in Betrieb gehen soll.

Im August 2009 wird gemeldet, daß Ingenieure der University of Texas Austin um Prof. Brian A. Korgel (Mitbegründer der Firma Innovalight, s.o.) seit zwei Jahren und mit Hilfe von Nanopartikel-Tinten eine aufsprühbare Solarzellentechnologie entwickeln, mit der sich die Herstellungskosten auf ein Zehntel des gegenwärtigen Preises reduzieren lassen sollen. Im Gegensatz zu dem Ansatz bei Innovalight, Tinten auf Siliziumbasis zu nutzen, arbeitet das Team in Texas mit CIGS, das auch billiger und in Bezug auf die Umwelt harmlos ist. Die Solarzellen-Prototypen mit der halbtransparente Tinte erreichen Wirkungsgrade um 1 % - während für eine Kommerzialisierung mindestens 10 % erforderlich sind, was das Team in drei bis fünf Jahren realisiert haben will. Tatsächlich werden im September 2010 schon 3,1 % erreicht, wobei eine Spray-Tinte aus kolloidalen CuInSe₂ Nanokristallen in einer weniger als 150 nm dünnen Schicht zum Einsatz kommt. Die Mittel für die Forschungen kommen von der National Science Foundation, der Welch Foundation und dem Air Force Research Laboratory.

Im Januar 2010 veröffentlichen Wissenschaftler der University of California Berkeley um Matt Francis einen Bericht darüber, daß sie einen Weg gefunden haben Tabakpflanzen genetisch so zu manipulieren, daß diese synthetische photovoltaische und photochemische Zellen ausbilden, die extrahiert, in Lösung gebracht und auf Glas- oder Kunststoff-Substrat gesprüht werden können. Die Forscher programmieren ein Virus, das Tabakpflanzen infizieren kann, dann jedoch keine genetischen Kopien von sich selbst herstellt, sondern die Pflanze veranlaßt, künstliche Chromosphoren herzustellen, winzige Strukturen, die Sonnenlicht in Hochenergie-Elektronen umwandeln. Die einzelnen Chromophore wachsen wie eine eng gewickelte Wendeltreppe übereinander, bis sie sich zu Stangen von ein paar hundert Nanometern Länge anordnen. Dabei ist jedes Chromophor zwei bis drei Nanometer von seinem nächsten Nachbarn entfernt, was ein notwendiger Abstand ist, denn nur ein Atom näher zueinander, und der elektrische Strom würde gestoppt und das Ernten der Elektronen schwierig werden. Das Ergebnis ist ein umweltfreundliches Herstellungsverfahren für potentiell unbegrenzte Solarzellen, die zwar (noch) nicht so effizient wie Silizium-Solarzellen, dafür aber biologisch abbaubar und für eine Vielzahl von vorübergehenden oder einmaligen Einsatzbereichen einsetzbar sind. Bislang ist es allerdings noch nicht gelungen, eine funktionsfähige Zelle vorzuführen. Neben Tabakpflanzen arbeiten Francis und seine Kollegen auch an anderen Organismen. So werden den Chromophor-produzierenden Genen beispielsweise erfolgreich Escherichia coli (E. coli) Bakterien hinzugefügt und aus diesen Solarzellen geerntet.

Anfang 2010 macht die Firma New Energy Technologies Inc. aus Columbia, Maryland, von sich reden, als sie transparente Solarzellen vorstellt, die auf jede Glasoberfläche aufgesprüht werden können. Der ultra-dünne Film, nur 1/1000stel so dick wie ein menschliches Haar, erzeugt Strom nicht nur aus dem sichtbaren Spektrum des Sonnenlichts, sondern auch aus künstlichem Licht, wie dem von Leuchtstofflampen. Im Februar 2011 zeigt New Energy einen 12 x 12 Zoll großen Prototyp seines neuen Produkts namens SolarWindow, das aus den weltweit kleinsten organischen Solarzellen besteht, die von Dr. Xiaomei Jiang an der University of South Florida entwickelt worden sind. (Das Unternehmen beschäftigt sich übrigens auch mit der Entwicklung von Straßengeneratoren, s.d.)

Auch das norwegische Unternehmen EnSol AS arbeitet 2010 an einen Spray-on Solarfilm, der Fenster zu Solarstromlieferanten macht. Das gemeinsam mit Wissenschaftlern der Universität Leicester um Christopher Binns entwickelte Material besteht aus Metall-Nanokristallen, die in einer transparenten Verbund-Matrix eingebettet sind und leicht versprüht werden können. Die patentierte Beschichtung von Fenstern oder anderen Materialien soll dabei als Teil des Herstellungsprozesses erfolgen. Die 16 cm² großen Zellenprototypen auf Glassubstrat sollen als Zielvorgabe einen Wirkungsgrad von 20 % erreichen – und die Firma plant, sie ab 2016 zu einem vernünftigen Preis kommerziell anzubieten. Die erste Entwicklungsstufe wird durch Mittel vom Norwegischen Forschungsrat, von Innovation Norge und von der lokalen Wirtschaftsförderung unterstützt.

Im September 2010 berichten Forscher der University of Florida um John Reynolds, daß sie ein neues Spray-on Polymer entwickelt haben, das zu E-Readern führen könnte, welche die Inhalte in allen Farben des Regenbogens anzeigen können. Das Polymer kann jede Farbe von Licht reflektieren und läßt sich auf Hartglas oder flexiblen Kunststoff aufsprühen. Die Arbeiten an den farbveränderlichen Polymeren sind im Laufe mehrerer Jahre und in Partnerschaft mit der BASF durchgeführt worden. Durch die Einbindung entsprechender Solartechnik kann das gleiche Polymer darüber hinaus Energie erzeugen. An entsprechend neuen Arten von Solarzellen arbeiten die Wissenschaftler zusammen mit der Firma Sestar Technologies.

Einer Meldung im August 2011 zufolge beschäftigt sich ein Team der University of Alberta um Prof. Jillian Buriak mit der Entwicklung von Solarzellen aus organischen Polymeren, die sich auf eine Trägersubstanz aufsprühen lassen. Dabei konzentriert man sich auf einen Weg zur Massenproduktion der flexiblen Zellen, die ab 2015 kommerziell erhältlich sein sollen.

Im März 2012 berichten Prof. Zhenan Bao und ihr Team an der Stanford University, daß sie mit Hilfe neuartiger Nanomaterialien erstmals Solarzellen entwickelt haben, die vollständig aus Kohlenstoff bestehen. Kohlenstoff ist eines der am häufigsten vorkommenden Elemente auf der Erde, flexibel einsetzbar und außerdem extrem widerstandsfähig. Das nur atomdicke Graphen und die langen, dünnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen gehören zu den stärksten Materialien auf dem Planeten. Die Forscher nutzen verschiedene Varianten des Kohlenstoffs, um die Komponenten der neuartigen Solarzelle zu entwickeln, wobei die drei Hauptbestandteile – eine Nanoröhrchen-Kathode, eine Graphen-Anode und eine aktive Schicht aus Nanoröhrchen und Fullerenen – allesamt ausgedruckt oder aus einer Tinte verdampft werden. Die Energieausbeute ist mit weniger als 1 % zwar noch sehr gering, doch die Wissenschaftler hoffen, in einigen Jahren kostengünstige und flexible Photovoltaik-Elemente mit deutlich höherem Wirkungsgrad bauen zu können, die robust genug sind, auch härtesten Umweltbedingungen zu widerstehen.

Tandem-Solarzellen

Wie der Name schon vermuten läßt, besteht eine Tandem-Solarzelle aus zwei übereinander geschichteten Solarzellen, die in der Regel aus unterschiedlichem Material bestehen. Durch die Abstimmung der verschiedenen Materialien aufeinander kann ein breiteres Lichtspektrum absorbiert und der Wirkungsgrad erhöht werden.

Siehe unter Amorphes und mikrokristallines Silizium sowie unter Mehrschicht-Solarzellen.

Thermophotovoltaische Solarzellen

Thermophotovoltaik (TPV) ist eine Technik zur direkten Umwandlung von Wärme in elektrische Energie durch Photozellen. Hierbei wird ein Strahlungsemitter so stark erhitzt, daß er die Photozellen beleuchtet. Die Schwierigkeit besteht dabei in erster Linie in der Abstimmung des Strahlungsspektrums des Emitters mit dem Empfindlichkeitsspektrum der Photozelle.

Auf der Hannover Messe 1997 wird eine thermophotovoltaische Zelle präsentiert, die mit Hilfe einer Kerze ein Radio betreiben kann. Diese angepaßte Galliumarsenid-Zelle wandelt neben dem Licht auch die Wärmestrahlung in Strom um. Die Produktionsreife wird für 2010 erwartet, bei der ein Wirkungsgrad von 35 % anpeilt wird. Das Bundesforschungsministerium fördert die Forschungen bis 2000 mit insgesamt 16 Mio. DM. Tatsächlich hört man danach allerdings nichts mehr von diesem Projekt – und von einem Produkt schon gar nichts.

2002 berichten Forscher der Schweizer Paul Scherrer Instituts in Villigen, daß man einen selektiven Emitter aus Yb₂O₃ entwickelt habe, dessen Emissionsspektrum auf Silizium-Photozellen abgestimmt ist, wodurch deren Einbau in gasbefeuerte Hausheizungen denkbar wird. In einem strom-autarken Heizsystem erzeugt ein TPV-System die elektrische Energie, welche die Heizung zum Betrieb benötigt, so daß diese nach dem Start völlig unabhängig vom Stromnetz arbeiten kann. Mit einem kleinen Prototyp wird ein Wirkungsgrad von 2,4 % erreicht. Durch die zusätzliche Installation eines optimierten IR-reflektierenden Filters erwartet man sogar einen Wirkungsgrad von über 5 %.

Etwa um dieselbe Zeit beginnt auch Prof. Peter Hagelstein mit seinem Team am MIT mit Arbeiten zur Thermophotovoltaik.

Im Januar 2009 meldet die von Robert DiMatteo 2006 gegründete Firma MTPV Corp. (s.u.), daß die theoretisch maximale Effizienz einer Thermophotovoltaikanlage 85 % beträgt, wobei Computermodelle zeigen, daß ein Wirkungsgrad von 50 % auch praktisch möglich sein sollte. DiMatteo ist Inhaber von zwei entsprechenden Patenten aus den Jahren 2000 (US-Nr. 6.084.173) und 2001 (US-Nr. 6.232.546).

Durch Nutzung der Mikron-großen Lücken zwischen dem beheizten und dem Photovoltaik-Teil (anstelle der traditionellen, weit größeren Lücken), habe man den Fluß der Photonen zur Solarzelle hin im Vergleich zu herkömmlichen TPV-Technologien um das 10-fache erhöhen können. Dies macht die Technologie weniger teuer, da auch nur ein Zehntel des Solarzellen-Material benötigt wird, wie bei der herkömmlichen TPV. Außerdem erlaubt es eine Funktion auch bei niedrigeren Temperaturen. Während konventionelle TPV-Zellen Temperaturen von 1.500°C benötigen, arbeiten die ersten Prototypen von MTPV bei weniger als 1.000°C. Theoretisch könnte die Technologie wirtschaftlich Strom sogar bei Temperaturen um 100°C erzeugen. Bislang erreicht MTPV Wirkungsgrade zwischen 10 % und 15 %.

Im November 2009 wird aus dem MIT berichtet, daß es einem Forscherteam gelungen sei, mit einer thermischen Diode 40 % des sogenannten Carnot-Limits zu erreichen. Diese Grenze basiert auf einer Formel aus dem 19. Jahrhundert, mit der die maximale Effizienz bestimmt wird, die ein Gerät bei der Umwandlung von Wärme in Arbeit (Energie) erreichen kann. Die aktuellen kommerziellen thermoelektrischen Geräte erreichen nur etwa ein Zehntel dieses Limit. Berechnungen zeigen, daß das neue System letztlich sogar bis zu 90 % dieser Obergrenze erreichen könnte. Die neue Technologie basiert auf einem Quantenpunkt-Gerät, einem speziellen Typ von Chip, in dem geladene Teilchen sehr eng gepackt sind und sich auf einen sehr kleinen Bereich beschränken. Solche Geräte befinden sich zwar verschiedentlich in der Entwicklung, sind aber immer noch ein paar Jahre von ihrer kommerziellen Verfügbarkeit entfernt.

Im Juli 2010 wird aus dem niederländischen Fortschungsinstitut IMEC gemeldet, daß man hier durch die Erforschung neuer und besserer Techniken eine erhöhte Effizienz erreicht. Um durch Diffusion und Passivierung den Emitter zu bilden, wird amorphes Silizium verwendet, daneben werden speziell entwickelte Germanium-Substrate hergestellt und getestet, die eine wesentlich bessere Quanteneffizienz aufweisen als traditionelle TPV-Zellen.

Eine neue Technologie namens Micron-gap ThermalPhotoVoltaics (MTPV), die eng mit der Arbeit des MIT-Forscherteams in Verbindung steht, erreicht Mitte 2011 eine signifikante Verbesserung des Energiedurchsatzes bei bestehenden Photovoltaik-Anwendungen. Die Entwicklung der MPTV Corp. aus Boston könnte schon im nächsten Jahr auf dem Markt kommen. Der Durchbruch wird mittels eines Materials erreicht, das mit Milliarden von nanoskaligen, eingeätzten Gruben auf seiner Oberfläche versehen ist. Wenn diese Materialoberfläche Wärme aufnimmt, strahlt sie Energie in genau ausgewählten Wellenlängen in Abhängigkeit von der Größe der Gruben aus. Der knopfgroße Stromerzeuger soll auch eine dreimal längere Lebensdauer als ein Lithium-Ionen-Akku gleichen Gewichts haben. Die Forscher um Ing. Ivan Celanovic hoffen, daß die Technologie eines Tages verwendet werden kann, um Energie für Raumfahrzeuge auf langfristige Missionen zu generieren, wo das Sonnenlicht möglicherweise nicht mehr zur Verfügung steht. (Mehr über die MPTV Corp. findet sich im Kapitel Wärmeenergie unter Thermoelektrischer Effekt).

Im Januar 2012 nimmt die MPTV Corp. in einer Finanzierungsrunde B 10 Mio. $ ein. Die Investoren sind Spinnaker Capital LLC, das Massachusetts Clean Energy Center, Ensys Capital LLC, die Clean Energy Venture Group, Northwater Capital Management Inc., Applied Ventures LLC und andere. Das Unternehmen bietet zu diesem Zeitpunkt bereits drei Konfigurationen an, die in Größe und elektrischer Leistung variieren. Grundlage ist ein modularer Aufbau aus 6 x 6 Zoll großen Platten, wobei ein Einzelpaneel je nach Konfiguration und nutzbarer Temperatur zwischen 250 W und 500 W erzeugt. Das 5 Quad-Panel kann zwischen 288 W und 2,5 kW liefern, während ein 1 m² großes, kommerzielles Paneel bis zu 20 kW Strom liefert.

Daß sich der Wirkungsgrad thermophotovoltaischer Zellen durch den Aufbau mehrerer übereinander gestapelter und für unterschiedliche Spektralbereiche empfindliche Halbleiterübergänge (multi-junction cells) sowie mit optischen Konzentratoren zur Fokussierung des einfallenden Lichtes auf kleinere Sensorflächen stark erhöhen läßt, ist eine weitere Aussage des IMEC, die im Februar 2012 in der Fachpresse kursiert. Theoretisch lassen sich damit Wirkungsgrade von weit über 50 % erzielen – was mehr ist als das, was mit der thermo-elektrischen Solarstromerzeugung über Dampfturbinen und Generatoren erreichbar ist.

Allerdings eignet sich für die TPV-Technologie nicht jede beliebige Wärmequelle, da diese einen großen Anteil ihrer Wärme in Form von direkter Strahlung abgeben müssen, um genutzt werden zu können. Damit TPV-Zellen eine realistische Alternative darstellen, ist außerdem noch die Entwicklung industrie-geeigneter Low-cost Prozesse zur Fertigung notwendig. Als Vorteilhaft zeigt sich die Verwendung von Germanium-Substraten, die ein weit weniger aufwendiges Finishing der photonisch-elektronisch aktiven Oberflächen benötigen und vergleichbare Leistungsdaten wie bei den früher eingesetzten Substraten mit hoch polierter Oberfläche erzielen.

Siehe auch unter Thermoelektrischer Effekt sowie Thermionischer Generator.

Thermoionische Solarzellen

Vermutlich bereits seit 2001, und durch eine Förderung des National Reconnaissance Office (NRO) in Höhe von 348.000 $ finanziert, beschäftigen sich Prof. Timothy S. Fisher und sein Team an der Vanderbilt University mit der Nutzung von polykristallinem Diamant als Ersatz für Silizium-Solarzellen, die derzeit in vielen Weltraumanwendungen verwendet werden. [Das NRO plant, baut und betreibt die Aufklärungssatelliten der USA für die CIA und das Verteidigungsministerium].

Diamant hat eine Reihe potentieller Vorteile für die Verwendung im Weltraum, da Diamantfilme eine hohe Strahlungsresistenz besitzen (die Leistung von Silizium-Zellen verschlechtert sich nach 10 Jahren in der Umlaufbahn um etwa 50 %), sie bei hohen Temperaturen betrieben werden können und einen möglichen Wirkungsgrad von bis zu 50 % erreichen. Diamant-Solarzellen würden bei Massenproduktion auch nicht viel teurer sein als Silizium-Solarzellen, da das System keine natürlichen Diamanten von Edelstein-Qualität verwendet, sondern dünne Schichten aus Millionen von mikroskopisch kleinen Diamant-Kristallen. Diese polykristallinen Diamantfilme können künstlich aus Methan hergestellt werden – durch den Prozeß der chemischen Gasphasenabscheidung.

Bislang sind die Vorteile und Kosten von Diamant-Solaranlagen allerdings weitgehend theoretisch, da noch niemand zuvor versucht hat, einen Diamant-Solar-Konverter zu bauen. Fisher stellt jedoch fest, daß Diamantfilme Elektronen sehr effizient emittieren und sich daher gut für die Energieumwandlung verwenden lassen sollten. Dies liegt daran, daß man keine starken elektrischen Felder und nur wenig Energie einsetzen muß, um die Elektronen von der Oberfläche abzuziehen.

Die Diamant-Solarzellen sind dabei keine Photovoltaiksysteme wie herkömmliche Silizium-Zellen, sondern eher solarthermische Geräte, da sie Licht nicht direkt in Elektrizität umwandeln, sondern statt dessen Licht in Wärme und Wärme in Strom wandeln. Sie ähneln damit thermionischen Geräten, wie sie seit mehr als 40 Jahren entwickelt werden und sind eng mit den Vakuum-Röhren verwandt, die früher in Radios, Fernsehern usw. eingesetzt wurden. Während die Elektronen bei thermionischen Geräten durch Erhitzen freigesetzt werden, erfolgt ihre Extraktion in der Diamant-Zelle durch die Kombination aus Heizung und elektrischem Feld. [Im Deutschen ist der thermionische Effekt auch als Glühemission bekannt, s.u. Thermoelektrischer Effekt]

Fishers Ansatz ist die Nutzung von Diamantschichten aus Millionen mikroskopisch kleiner Pyramiden: etwa 10 Millionen Stück pro Quadratzentimeter. Der Boden des Diamantfilms ist an ein Metallblech laminiert, das als Kathode oder Minuspol dient, während eine weitere Folie aus elektrisch leitendem Material auf der Oberseite des Films als Anode oder Pluspol plaziert wird, mit einem sehr kleinen Spalt dazwischen, aus dem fast die gesamte Luft entfernt wird. Am Boden der Kathode ist ein Strahlungsabsorber angebracht, welcher die Zelle auf etwa 1.000°C erhitzt, wenn sie dem Sonnenlicht ausgesetzt wird. Beim Erhitzen emittieren die Spitzen der Pyramiden, die nur wenige Atome dick sind, winzige Ströme von Elektronen mit hoher Energie, die über das dazwischen befindliche Vakuum zur Anode strömen und damit elektrischen Strom produzieren. Dadurch entsteht eine große Menge an Strom und eine kleine Spannung. Zur Reduzierung von Leitungsverluste wird ein Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Wandler nachgeschaltet, der die Spannung erhöht und den Strom verringert.

Da Hitze alleine nicht ausreicht, um die Elektronen für eine effektive Solarzelle zu produzieren, wird auch ein elektrisches Feld benötigt. Dies wird durch eine mikroskopische Sandwich-Struktur erreicht, bei der die obere Folie (Anode) voller Löcher ist, welche die Pyramidenspitzen nicht berühren. Diese elektrisch leitende Lage produziert ein elektrisches Feld, das in Verbindung mit der hohen Temperatur die Elektronen aus den Spitzen zieht.

Ziel des auf neun Monate angelegten und teilweise von der National Science Foundation unterstützten Projektes ist es, eine 1 m² große Prototypzelle herzustellen, die bei 1.000°C etwa 10 W elektrische Leistung erzeugt. Leider habe ich bislang nicht herausfinden können, ob und mit welchem Erfolg das Projekt weitergeführt worden ist.

Auch die Firma Advanced Diamond Solutions Inc. (ADS) in Cambridge, Massachusetts, beschäftigt sich seit 2003 (?) u.a. mit der Entwicklung thermoionischer Solarzellen aus amorphen Diamant-Nanostrukturen in Form fester Pyramiden, die eine potentielle Effizienz von 50 % aufweisen und nur halb soviel kosten sollen wie Silizium-Solarzellen. Dies klingt sehr nach den vorangegangenen Arbeiten von Fisher – auch wenn sich auf der Homepage des Unternehmens keinerlei Belege dafür finden lassen.

Obwohl Diamanten-Atome locker gepackt sind und nur vier umgebende Nachbarn haben, da sie viel kleiner sind als andere Arten von Atomen, hat Diamant unter allen Materialien die höchste Konzentration von Atome (2 x 10²³/cm³). Amorpher Diamant hat sogar eine noch höhere Atomkonzentration (ca. 10 %) als Diamant. Da jedes Atom einzigartig ist, besitzt amorpher Diamant auch den höchsten Grad der Zufälligkeit (höchste Entropie) aller Strukturen, was die maximale Anzahl von Energie-Pfaden für Elektronen erlaubt, um Energie zu sammeln. Bislang kann kein anderes Material Elektronen ermöglichen, Energie mit solcher Effizienz zu sammeln.

Im Februar 2005 übernimmt ADS das in Santa Clara, Kalifornien, beheimatete und ursprünglich von der Intel Corp. finanzierte Diamant-Innovationsunternehmen P1 Diamond – und im April gewinnt ADS den Ignite Energy Award für die Entwicklung einer saubere Energie produzierenden Zelle aus amorphem Diamant unter dem Markennamen Advanced Diamond Energy. Im März 2006 beschließt die US Air Force die Vergabe eines SBIR-Zuschusses (Small Business Innovation Research) an ADS, um gemeinsam mit den AFRL Research Laboratories Forschungen an amorphen Diamant-Solarzellen mit hohem Wirkungsgrad durchzuführen. Dabei soll ein Prototyp für den Einsatz bei Satelliten entwickelt werden. Im Oktober 2007 erhält das Unternehmen Investitionsmittel (in ungenanter Höhe), und im August 2008 wird die Eröffnung eines F&E-Laboratoriums in San Francisco bekannt gegeben, das sich auf die Entwicklung von hybrid-amorphen Diamant-Silizium-Solarzellen sowie flexiblen CIGS-Solarzellen konzentrieren wird.

Die letzte Meldung stammt vom Mai 2010 und besagt, daß Advanced Diamond Solutions eine neue F&E- und Vertriebsniederlassung in Shanghai eröffnet hat – danach gibt es über das Unternehmen keine weiteren Informationen.

Titandisilicid-Solarzellen

Am Max-Planck-Institut für bioanorganische Chemie in Mühlheim wird Ende 2007 eine neue Solarzelle aus dem Halbleitermaterial Titandisilicid entwickelt, die unter Lichteinwirkung Wasser katalytisch spalten und die Reaktionsprodukte Wasserstoff und Sauerstoff außerdem auch noch speichern kann.

Anders als die bisherigen als Photokatalysatoren geeigneten Halbleitermaterialien, die schwer herzustellen und entsprechend teuer waren, eine geringe Lichtabsorption besaßen und sich teilweise während der Reaktion zersetzten, sind Silicite kostengünstig, reagieren stabil und absorbieren Licht in einem weiten Bereich des Sonnenspektrums.

Besonders interessant wird die Titandisilicid-Zelle durch die gleichzeitige und umkehrbare Wasserstoff- und Sauerstoffspeicherung, wobei sie die Gase nur getrennt wieder freiläßt. Während die Freisetzung des gespeicherten Wasserstoffs schon bei niedrigen Temperaturen erfolgt, benötigt die Freisetzung des Sauerstoffs Temperaturen über 100°C sowie Dunkelheit. Dieser wesentliche Unterschied macht die Handhabung des Zellmaterials ebenso wie die Pufferung der Reaktionsgase sicher und einfach zu handhaben.

Raum für weitere Forschungen bietet die ganze Familie verwandter Silicide-Verbindungen des Siliziums mit ihren verschiedenen Übergangsmetallen. Trotzdem scheint es auf diesem Sektor keine weitere Entwicklung mehr gegeben zu haben.

Titanoxid-Solarzellen

Im Mai 2008 meldet die internationale Presse, daß eine Gruppe von australischen und chinesischen Forschern eine bahnbrechende Entdeckung gemacht haben, welche die Sonnenenergie revolutionieren könnte. Prof. Max Lu von der University of Queensland (UQ) stellt gemeinsam mit der Gruppe von Prof. Huiming Cheng von der chinesischen Akademie der Wissenschaften die weltweit ersten Titanoxid-Einkristalle mit großen Mengen reaktiver Oberflächen her, was bislang als fast unmöglich zu verwirklichen galt.

Die Nano-Kristalle aus TiO sind vielversprechende Materialien für kostengünstige Solarzellen, zur Erzeugung von Wasserstoff durch die Spaltung von Wasser mittels Sonnenenergie und zur Dekontamination von Schadstoffen. Dem Team gelingt auch die einfache und billige Herstellung dieses Materials. Man erwartet, daß Anwendungen im Bereich der Wasser- und Luftverschmutzung in etwa fünf Jahren im Handel erhältlich sein werden. Zur Verwendung solcher Kristalle bei der solaren Energieumwandlung soll es noch etwa 5 bis 10 Jahre dauern.

Siehe auch unter Photokatalyse.

Transparente Solarzellen

Von transparenten Zellen wird erstmals 1987 berichtet, als die japanische Sanyo Electric Corp. eine amorphe lichtdurchlässige Zelle vorstellt. Als Anwendungsbereiche nennt das Unternehmen transparente Wagendächer zur Versorgung des Autoradios, Gewächshäuser und Fenster. Ein Verkauf an Endverbraucher ist noch nicht geplant, da die Kosten dieser Zelle anderthalb mal so hoch sind, wie die konventioneller amorpher Zellen.

Erst 1998 wird wieder über transparente Solarzellen gesprochen, als das Bundesforschungsministerium die Ergebnisse der Delphi-Studie bekannt gibt, der größten Expertenbefragung zur Zukunft von Wissenschaft und Technik in Deutschland. Unter anderem wird dort prognostiziert, daß Fenster ab 2015 aus transparenten polymeren Solarzellen bestehen werden.

Teiltransparente Zellen, die der Physiker Peter Fath an der Universität Konstanz im Rahmen einer Diplomarbeit entwickelt, werden ab 1999 von dem örtlichen, bereits 1993 gegründeten Unternehmen Sunways GmbH gefertigt. Das Unternehmen kann jährlich bereits 14.000 m² herstellen. Ab Anfang Mai 2001 produziert die Firma rund um die Uhr in drei Schichten, und 2003 wird Produktionskapazität von 5 MW auf 10 MW verdoppelt.

Die Transparenz der weltweit patentierten Power-Zelle (= Polycristalline Wafer Engineering Result) liegt zwischen 0 % und 30 % und kann im Produktionsprozeß variabel gestaltet werden. In der Serienfertigung soll der Wirkungsgrad bei 10 % liegen (bei einer Standardtransparenz von 20 %). In die polykristallinen Siliziumscheiben werden beidseitig – um 90° versetzt – winzige V-förmige Rillen gefräst, die an den Kreuzungspunkten Löcher bis zu 0,1 mm Durchmesser entstehen lassen. Anschließend wird die Oberfläche durch Phosphor-Diffusion mit einer positiv dotierten Schicht und einer Antireflexbeschichtung versehen, anschließend werden im Siebdruckverfahren die Kontakte angebracht. Die Hersteller sehen ihre besten Absatzchancen im Fassadenbau und bei der Dachgestaltung, da sich die Zellen einfärben lassen, ohne daß sich dadurch die Lichtfarbe verändert.

Die Dresdner Firma Solarwatt AG entwickelt ab 2003 Solarmodule, die auch in moderne Glasfassaden und Dächer integriert werden können. Die neuen, transparenten Module sind so konstruiert, daß sie ohne Leistungseinbußen genug einfallendes Tageslicht hindurchlassen. Das Konstruktionsprinzip ist einfach – anstatt einer lichtabweisenden Folie wird eine Glasscheibe an die Rückseite des Moduls montiert. Auf derartige Module gehe ich näher unter Solarhäuser und solare Bauelemente ein (s.d.).

Hier sollen die weiteren Entwicklungen ab 2008 dokumentiert werden.

Im April 2008 berichtet Prof. John Bell vom Institute of Sustainable Resources (ISR) der Queensland University of Technology in Brisbane, Australien, daß er gemeinsam mit dem in Canberra ansässige Unternehmen Dyesol transparente Solarzellen entwickelt habe, die als Energie erzeugende Fenster in Häusern oder gewerblichen Gebäude genutzt werden können. Die transparenten Solarzellen haben einen schwachen rötlichen Farbton, aber sind vollständig durchsichtig. Sie enthalten Titandioxid, das mit einem Farbstoff beschichtet ist, der die Lichtabsorption erhöht.

Um durchsichtige Solarzellen und transparente Elektronik zu realisieren, braucht man zwei verschiedene transparente Schichten: Eine, die den Strom über Elektronen leitet (n-Leiter), und eine, in der Elektronenlöcher für den Stromfluß sorgen (p-Leiter). Als n-Leiter verwendet man bisher vor allem teures Indium-Zinn-Oxid (der Preis von Indium hat sich zwischen 2002 und 2009 verzehnfacht). Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM entwickeln im Verbundprojekt METCO gemeinsam mit weiteren Fraunhofer-Kollegen daher werkstoffphysikalische Modelle und Methoden, die bei der Suche nach Ersatzstoffen helfen sollen. Aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen ermitteln die Wissenschaftler zunächst die Korngrenzen, die im Material am häufigsten vorkommen – also Unregelmäßigkeiten in der Kristallstruktur. Simulationsmethoden berechnen, wie die Elektronen in diesen Strukturen und damit im Festkörper verteilt sind. Aus den Daten extrahieren die Forscher, wie leitfähig und transparent das Material ist und finden beispielsweise heraus, daß Phosphor sich für eine p-Dotierung von Zinkoxid zwar eignet, Stickstoff jedoch vielversprechender ist.

Im Dezember 2009 wird über ein Projekt in Jordanien berichtet, das von ehemaligen Studenten des Arava Insitute for Environmental Studies im Süden Israels gestartet wird. Dabei werden transparente Dünnschicht-Solarzellen (ungenannter Herstellung), die unter Laborbedingungen etwa 5 % Effizienz zeigen, auf Gewächshäuser gepackt um in einer 14-monatigen Pilotstudie zu untersuchen, wie sich diese Technologie im Feld tatsächlich verhält.

Wissenschaftler der University of Southern California berichten im Juli 2010, daß sie transparente Solarzellen aus Kohlenstoffatom-Filmen hergestellt haben. Die organische Photovoltaik auf der Basis von Graphen hat eine Reihe von Vorteilen: Sie sind flexibel, billig zu produzieren, einfach herzustellen und leicht. Aber auch deutlich weniger effizient als Silizium-Zellen. Während 1.000 Watt Sonnenenergie, die auf 1 m² eine Standard-Silizium-Zelle fallen, 14 W Strom produzieren, erzeugt eine gleichgroße Graphen-OPV-Zelle nur 1,3 W. Hergestellt werden die neuen Zellen, indem Methan und Wasserstoff gemischt werden um sich als Graphen auf einer Nickel-Platte abzusetzen. Nachdem zum Schutz des Graphen eine Schicht aus einem thermoplastischen Material darüber gelegt wird, wird das Nickel in einem Säurebad gelöst. Dann wird das sehr leitfähige und transparente Graphen auf eine flexible Polymerfolie aufgebracht, die in eine OPV-Zelle eingelegt wird.

Im März 2011 behauptet die 2009 gegründete französische Firma Wysips (= What You See Is Photovoltaic Surface; Tochter der Sunpartner Group) aus Aix-en-Provence, die „weltweit erste transparente Photovoltaik-Folie“ erzeugt zu haben: „Sie ist flexibel, frei von Größenbeschränkungen und hat tausende von möglichen Anwendungen.“ Eingesetzt werden soll die nur 100 Mikrometer dünne Folie bei kleinen Elektronikgeräten, wo sie den Bildschirm des Geräts bedeckt ohne ihn abzudunkeln, und dabei bis zu 250 mW Leistung bietet, um den Akku aufzuladen. Dies kann aus verschiedenen Lichtquellen erfolgen, nicht nur aus Sonnenenergie. Wysips gewinnt unter anderem den Emerging Technology Preis auf der CTIA 2011 – und beabsichtigt nun, das Produkt in etwa 12 Monaten auf den Markt zu bringen. Während die Transparenz zu diesem Zeitpunkt noch 70 % beträgt, meldet das Unternehmen im Folgejahr bereits eine Transparenz von 90 %, die durch verbesserte physikalische Strukturen und eine optimierte Optik erreicht werden. Bis 2014 sollen bei diesem Transparenzgrad 3 mW/cm² erreicht werden, und bei 70 % sogar mehr als doppelt so viel.

Im November 2012 unterzeichnet Sunpartner eine Entwicklungspartnerschaft mit Frankreichs Nationalem Landwirtschafts-Forschungsinstitut INRA und der Universität Nizza-Sophia Antipolis, um mittels Solarenergie Gewächshauskulturen rentabeler, ökologischer und vom Klima unabhängiger zu machen. Während der ersten Entwicklungsphase soll bis Juni 2013 ein Gewächshaus-Prototyp errichtet werden. Auf lange Sicht wird dieses Programm voraussichtlich ein Gesamtvolumen von 5 Mio. € erreichen.

Im Februar 2013 stellt Wysips auf dem Mobile World Congress in Barcelona ein voll funktionsfähiges Smartphone vor, das mittels integrierter Solarstromanlage betrieben wird. Die unter dem Bildschirm plazierte PV-Folie liefert genug Energie, um das Telefon permanent geladen zu halten. Das Unternehmen ist dabei, in Rousset, Frankreich, eine Produktionslinie mit der Kapazität von 8 Millionen Teilen pro Jahr zu installieren, die im zweiten Quartal 2013 in Betrieb genommen werden soll. Bis Ende des Jahres will Wysips in Partnerschaft mit der Herstellerfirma Prismaflex die ersten energieautarken Plakatwände einzuführen. Weitere geplante Produkte sind mobile Bildschirme (Wysips Crystal), intelligente Displays bis zu 2 m² Größe (Wysips Cameleon), Solarenergie-Fenster (Wysips Glass) und Solar-Textilien (Wysips Textile).

Mehr über transparente Solarzellen findet sich unter Dünnschicht-Solarzellen und Nano-Solarzellen.

Triple-Junction-Solarzellen

Siehe unter Mehrschicht-Solarzellen.

Twin-Solarzellen

Der Münchner Physiker Helmut Hoegl, Direktor des Batelle-Instituts in Genf, entwickelt Mitte der 1980er Jahre eine Solarzelle, die aus feinen, mit Silizium beschichteten Stäben oder Drähten anstatt aus einer Siliziumscheibe besteht. Die Twin-Solarzelle nutzt das Sonnenlicht besser als die bisherigen Modelle, weil sie eine wesentlich größere Oberfläche hat. Sie benötigt außerdem weniger Material, weil die Siliziumschicht auf dem runden Draht oder Band mindestens zwanzigmal dünner ist als die geschnittenen oder gesägten Scheiben.

Zur Fertigung der Twin-Solarzelle eignen sich mit Silizium bedampfter Stahldraht oder auch mit Kupfer-Indium-Diselenid beschichteter Kupferdraht. Die Drähte funktionieren als Innenelektroden und sind mit p/n- bzw. n/p-Schichten bedampft. Im einfachsten Fall werden zwei solcher Einheiten, von denen die eine p- und die andere n-dotiert wird, durch eine elektrisch leitende Schicht (Kontaktschicht) über die ganze Länge miteinander verbunden.

Durch die gleichzeitige Belichtung des rundum beschichteten Drahts mit Direktlicht und Streulicht wird ein fast doppelter Wirkungsgrad erreicht, durch die Verwendung kostengünstiger Materialien und moderner Techniken der Draht- bzw. Bänderherstellung und -beschichtung entstehen um 90 % niedrigere Produktionskosten, und aufgrund der vielfältigen Anordnungsmöglichkeiten sind die Bandzellen auf so gut wie jeder erdenklichen Oberflächenstruktur aufbringbar.

Das US-Patent Nummer 4.913.744 wird von Helmut Hoegl und Ralf M. Kern im Januar 1988 beantragt und im April 1990 erteilt. Es folgen ein deutsches Patent im April 1996 (Nr. 3700792) und ein japanisches im August 1997 (Nr. 2683772). Die kalkulierten Herstellungskosten könnten bei einem Zellen-Wirkungsgrad von 10 % auf 2.000 DM/kW fallen. 1993 soll es einen Prototyp gegeben haben, doch von irgendwelchen Umsetzungen ist mir nichts bekannt.

Wismut-Ferrit-Solarzellen

 

Siehe unter Bismut-Ferrit-Solarzellen.

Wolfram-Solarzellen

Eine weitere Solarzellenart sind die vom IBM Watson Research Center in Yorktown Heights, New York, vorgestellten Wolfram-Filme mit schwarzer Oberflä­che, die bis zu 90 % der Sonnenlicht-Photonen einfangen sollen. Dank des schlechten Emissionsverhalten von Wolfram (engl.: Tungsten) tritt selbst bei Temperaturen um die 500°C noch keinerlei Abstrahlung ein.

Die besondere Oberflä­chenstruktur des Films (Dendriten mit einem Neigungswinkel von 15°) bewirkt eine wiederholte Reflexion und dadurch eine verstärkte Absorption und Speicherung. Genaue Zahlen für den Wirkungsgrad u.ä. werden nicht genannt.

Anfang 2009 berichten Wissenschaftler der chinesischen Jilin University um Chen Tao, daß sie bei invertierten Polymer-Solarzellen durch den Einsatz einer Anoden-Zwischenschicht aus Wolframoxid (WO₃) zwischen der photoaktiven Schicht und der obere Elektrodenschicht eine bemerkenswerte Verbesserung des Wirkungsgrades erzielen.

An der University of Tokyo arbeitet ein Team um Yosuke Saito wiederum an der Untersuchung von photoelektrochemischen, wiederaufladbaren Solarzellen mit anorganischem Ladungsspeicher-Material als dritte Elektrode. Die Energiespeicherfunktion basiert auf den Redox-Reaktionen in Farbstoff-Solarzellen und der ladungspeichernden Elektrode. Hierbei wird Wolframoxid als Ladungsspeicher-Material verwendet. Durch Änderungen an Struktur und Morphologie des Materials konnten die Ladungsspeicher-Eigenschaften verbessert werden.

Im Frühjahr 2010 veröffentlicht ein Team des Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) um Liang Fang einen Artikel über den Einsatz eines thermisch verdampften amorphen Wolframoxid-Films als neuartige Pufferschicht zwischen SnO₂ und amorphem Silizium-Karbid bei Solarzellen aus amorphem Silizium. Durch eine 2 nm dicke WO₃-Schicht ließ sich der Konversionswirkungsgrad von 5,17 % auf 5,98 % erhöhen.

Über praktische Umsetzungen liegt mir noch nichts vor.

Zeolith-Solarzellen

Seit einigen Jahren arbeiten Forscher der Universität Bern um Gion Calzaferri daran, auch mit dünneren und weniger reinen Halbleiterschichten gute Wirkungsgrade zu erzielen, indem dem Halbleiter molekulare Antennensysteme als Lichtsammeleinheiten vorgeschaltet werden, die auf Zeolith-L-Kristallen basieren. Die Idee stammt aus der Natur: In Pflanzen ist jedes Reaktionszentrum der Photosynthese von mehreren hundert Farbstoffmolekülen umgeben, die dabei helfen das Licht zu absorbieren und die aufgenommene Energie an das Reaktionszentrum weiterzuleiten, wo die Energie der Sonnenstrahlung genutzt wird um Wassermolekülen Elektronen zu entziehen und durch diese Ladungstrennung Energie zu speichern. Schon in den Jahren zuvor hatte die Gruppe zwei wichtige Erfolge erzielt: die Bindung oder Adsorption von korkenförmigen Farbstoffen (Stopcocks) zum Einfangen der Anregungsenergie an den Kanalenden, und den Nachweis, daß von solchen Stopcocks aus ein Energietransfer auf einen Halbleiter stattfinden kann.

Im Juli 2002 veröffentlicht Calzaferri zusammen mit Huub Maas einen Artikel unter dem Titel „Abfangen und Einspeisen von Energie in Farbstoff-Zeolith-Nanoantennen“, in dem sie beschreiben, wie zapfenförmige Fluorophore an den Ausgängen von Zeolith-L-Kanälen elektronische Anregungsenergie von Pyronin+-Molekülen im Innern des Kristalls abfangen können. Den umgekehrten Vorgang, d.h. das Einspeisen elektronischer Anregungsenergie durch solche „Zapfen“ erreicht man mit Oxonin+-Molekülen innerhalb der Zeolithkanäle.

Den Forschern gelingt es 2006 erstmals, Zeolithkristalle so auf einem Träger auszurichten und zu befestigen, daß alle Kanäle gleichgerichtet senkrecht zur Trägerfläche stehen, was eine wichtige Voraussetzung dafür ist, um die Lichtenergie von einer Vielzahl von Kristallen effizient auf eine Halbleiterschicht übertragen zu können, die von der anderen Seite her auf die Zeolithkristalle gebracht wird. Die nur etwa einen Mikrometer großen zylinderförmigen Aluminiumsilikat-Kristalle enthalten jeweils etwa 100.000 Kanäle. Der nächste Schritt besteht nun darin, mit der Energie der Strahlung, die durch das Antennensystem eingefangen und weitergegeben wird, in dem Halbleitersubstrat eine Trennung von positiven und negativen Ladungen herbeizuführen, um mit der so erzeugten Spannung einen externen Stromkreis zu betreiben. Von einer praktischen Umsetzung war bislang noch nicht zu erfahren.

Anmerkung: Zeolith wird bereits weit verbreitet zur Wärmespeicherung genutzt, s.d.

Zink-Mangan-Tellur-Solarzellen (ZnMnTe)

Mit einer neuen Metall-Legierung aus Zink, Mangan, Tellur und einer Prise Sauerstoff soll ein sehr hoher Zellenwirkungsgrad erreichbar sein, geben Forscher des Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) Ende 2003 bekannt. Kin Man Yu und seine Kollegen stellen ein Material her, das zwei freie und weit voneinander entfernte Energiebänder hat. Damit können Photonen aus drei Energiebereichen des Lichtspektrums in Strom verwandelt werden, nämlich solche, die Elektronen in das erste, in das zweite oder vom ersten in das zweite Energieband befördern. Die Forscher haben berechnet, daß eine aus ihrem Material bestehende Solarzelle einen Wirkungsgrad von 45 % hätte. Variationen des Sauerstoffanteils könnten den Wirkungsgrad sogar auf über 50 % steigern.

2006 wird bekanntgegeben, daß man mittels der atomaren Dotierung mit Sauerstoff durch einen Ionenstrahl tatsächlich einen Wirkungsgrad von 45 % erreicht habe. Das LBNL vergibt die Lizenz zur Kommerzialisierung der Mehrband-Solarzellen an die Startup-Firma RoseStreet Labs aus Phoenix, Arizona (diese arbeitet seit 2004 an einer Zellenmischform aus amorphem Silizium und einer Galliumnitrid-Dünnschicht (siehe unter Gallium-Nitrid und Silizium). Wann die Marktreife erreicht wird, kann noch nicht prognostiziert werden. Um diese schneller zu erreichen, formieren die RoseStreet Labs und die Sumitomo Chemical Co. Ltd. im Oktober 2006 ein Joint-venture, die ebenfalls in Phoenix angesiedelte Rosestreet Labs Energy Inc. (RSLE).

Im August 2007 wird der Plan veröffentlicht, eine Pilot-Produktionslinie für die Gesamtspektrum-Solarzellen zu errichten, die im März 2008 in Betrieb gehen soll. Zu diesem Zeitpunkt wird statt dessen aber ein Entwicklungszentrum in Phoenix eröffnet. Inzwischen redet man bereits von Wirkungsgraden oberhalb der 48 %, doch die Produktreife scheinen die Zellen noch nicht erreicht zu haben. Im Juli folgt die Ankündigung einer Zusammenarbeit mit dem Los Alamos National Laboratory, und im September stellt RSLE die erste Tandem-Zelle aus Silizium und Nitrid vor. Mit Zink, Mangan und Tellur scheint man sich danach nicht mehr beschäftigt zu haben.

Interessanterweise gibt es ein im Oktober 2005 eingetragenes und im Juli 2007 veröffentlichtes Europapatent (Nr. 1807873 A1, Erfinder: Hans-Josef Sterzel, Anmelder: BASF Aktiengesellschaft), das sich auf eine photovoltaische Zelle aus Zink, Mangan und Tellur Halbleitermaterialien bezieht.

Im Anschluß an die verschiedenen Solarzellenarten werde ich nun die diversen Optimierungs- und Verstärkungstechniken präsentieren, die im Zusammenhang mit der Photovoltaik zur Diskussion stehen. Anschließend folgt eine Darstellung der Concentrating Photovoltaic (CPV) Anlagen.

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