Seit vielen Jahren ist kristallines Silizium (c-Si) das grundlegende Material der Solarmodulindustrie, und es wird erwartet, dass es diese Position auch in absehbarer Zukunft halten wird. Dieser Artikel befasst sich mit den Gründen für die breite Akzeptanz von c-Si und hebt seine hohe Leistung, Kosteneffizienz und Verfügbarkeit hervor.
Arten von kristallinem Silizium
Die kristalline Siliziumtechnologie wird hauptsächlich in zwei Formen unterteilt: monokristallin und polykristallin. Monokristallines Silizium zeichnet sich durch seine einkristalline, kontinuierliche Kristallstruktur aus und bietet einen höheren Wirkungsgrad, allerdings zu höheren Kosten. Polykristallines Silizium, das aus mehreren kleineren Kristallen besteht, ist eine wirtschaftlichere Option mit etwas geringerem Wirkungsgrad.

Marktführerschaft bei kristallinem Silizium
Im Jahr 2022 hielt c-Si laut Brain Insights einen bemerkenswerten Marktanteil von 85,5 %. Diese Führungsposition ist auf die überlegene Energieumwandlungseffizienz zurückzuführen, die sie für verschiedene Anwendungen geeignet macht, von Hausdächern bis hin zu großen Versorgungsprojekten. Precedence Research stellte einen Anteil von 39 % im industriellen Sektor im Jahr 2023 fest, wobei das monokristalline Segment bis 2034 voraussichtlich 14,82 Mrd. USD erreichen wird, mit einer CAGR von 8,5 % von 2024 bis 2034.
Vorteile und Herausforderungen von kristallinem Silizium
Vorteile:
- Hoher Wirkungsgrad: c-Si-Solarzellen haben oft einen Wirkungsgrad von über 20 % und wandeln Sonnenlicht effektiv in Strom um.
- Kostengünstig: Die Kosten für c-Si-Solarmodule sind aufgrund von Fortschritten bei der Herstellung und Größenvorteilen erheblich gesunken.
- Überfluss: Silizium ist das am zweithäufigsten vorkommende Element in der Erdkruste und gewährleistet eine stabile Versorgung.
- Dauerhaftigkeit: c-Si-Paneele sind für ihre Langlebigkeit bekannt, die in der Regel über 25 Jahre beträgt.
Herausforderungen:
- Fragilität: Kristallines Silizium ist bei der Handhabung anfällig für Schäden.
- Temperatur-Empfindlichkeit: Bei hohen Temperaturen kann der Wirkungsgrad sinken.
- Auswirkungen auf die Umwelt: Die Herstellung ist mit energieintensiven Prozessen und dem Einsatz von Chemikalien verbunden, doch es werden Verbesserungen vorgenommen.

Zukünftiger Ausblick
Die Zukunft von c-Si in der Solarenergie ist vielversprechend. Data Bridge Market Research prognostiziert, dass der Markt für c-Si-Solarzellen bis 2029 USD 41.548,53 Millionen erreichen wird, mit einer CAGR von 6,4 % von 2022 bis 2029. Innovationen wie bifaciale Solarzellen und Tandemzellen mit Perowskit verbessern die Leistung und Kosteneffizienz. Auch staatliche Maßnahmen und Anreize fördern die Akzeptanz.
Herstellungsprozess
Die Herstellung von c-Si-Solarmodulen umfasst:
- Extraktion und Reinigung von Materialien: Quarz wird abgebaut und zu Silizium in Solarqualität gereinigt.
- Ingot/Wafer-Produktion: Silizium wird zu mono- oder polykristallinen Blöcken geformt, die in Scheiben geschnitten werden.
- Produktion von Solarzellen: Die Wafer werden verarbeitet, um p-n-Übergänge für die Stromerzeugung herzustellen.
- Montage der Module: Die Zellen sind miteinander verbunden und zum Schutz eingekapselt.
Forschung und Entwicklung
Die Forschung untermauert die Dominanz von c-Si mit Studien in „Applied Physics Letters“ und „MDPI“, in denen die historischen Preissenkungen und die Rolle von Silizium auf dem PV-Markt hervorgehoben werden. Das US-Energieministerium investiert in die Optimierung des Zelldesigns und der Herstellungsprozesse.