Von August Pfluger

Könnten kleine Kugeln aus Silizium die Solarstromtechnik attraktiver werden lassen? Eine texanische High-Tech-Firma will den Versuch wagen, mit Kugelsolarzellen mehr Spannung in die gegenwärtig wenig elektrisierende Solarszene zu bringen.

Japanische und amerikanische Unternehmen verströmen zwar seit Jahren Zuversicht, daß der Durchbruch der Stromerzeugung aus Sonnenlicht in großem Maßstab dank billiger Zellensysteme kurz bevorstünde. Allein, die Zellenpreise mochten den Prognosen nur zaghaft folgen: Kostete 1987 ein Watt knapp sechs Dollar, sind heute für dieselbe Leistung immer noch 4,50 aufzubringen – weshalb Sonnenstrom weiterhin mehr als zehnmal soviel wie Elektrizität aus herkömmlichen Quellen kostet. Am verbreitetsten sind mono- und polykristalline Siliziumzellen: Um sie herzustellen, wird hochreines Silizium in aufwendigen Prozeßschritten zu Blöcken gegossen und anschließend in bläulich schimmernde Scheiben zersägt. Neben den teuren Fertigungsverfahren und entsprechend hohen Preisen haben beide Zellentypen mit 12 bis bestenfalls 17,5 Prozent ähnliche Wirkungsgrade gemeinsam. Durchschlagende Preissenkungen sind sowohl bei mono- wie bei polykristallinen Zellen kaum mehr zu erwarten. Denn zum einen sind die Einsparungspotentiale trotz industrieller Massenfertigung nahezu ausgeschöpft, zum anderen ließen sich auch über höhere Wirkungsgrade die Preise bestenfalls halbieren.

Enge Grenzen setzen zudem die hohen Einstandspreise des benötigten Siliziums hochreiner Qualität. Der US-amerikanische Elektronikkonzern Texas Instruments (TI) will nun, eigenen Angaben zufolge, „metallurgisches“ Silizium für photovoltaische Anwendungen nutzbar machen. Metallurgisches Silizium wird direkt aus Quarzsand (SiO2) gewonnen und ist der Photovoltaik-Forschung als potentieller Rohstoff für Solarzellen seit langem bekannt. Mit rund zwei Dollar je Kilogramm kostet es gut fünfmal weniger als Silizium in hochreiner Form; naturgegebene, den freien Elektronenfluß hemmende Verunreinigungen haben seinen Einsatz als Halbleiter bislang aber verhindert. TI scheint es nun gelungen zu sein, den Rohstoff minderer Qualität zu raffinieren und in kleinen, monokristallinen Kügelchen zu stabilisieren. Spheral solar, zu deutsch etwa Kugelsolar, nennen die Amerikaner die Technik, die Anfang 1994 nach sechsjähriger Forschungsarbeit zu einem Preis von unter zwei Dollar pro Watt installierter Leistung verfügbar sein soll.

Als Granulat, bestehend aus Partikeln gleicher Größe, wird das Rohsilizium zunächst erhitzt und geschmolzen. Wird die Schmelze rapide abgekühlt, formen sich wegen der hohen Oberflächenspannungen ohne weiteres Dazutun viele Kügelchen von rund 0,8 Millimeter Durchmesser. Gleichzeitig treibt die Kristallisation, die sich von innen her ausbreitet, die Verunreinigungen nach außen – dort angekommen, können sie leicht weggeschrubbt werden. Nach weiteren Arbeitsschritten sollen die kleinen, monokristallinen Partikel in der Lage sein, Lichtteilchen (Photonen) des einstrahlenden Sonnenlichts aufzunehmen und Strom fließen zu lassen.

Um die Kugeln zu einer Zelle zu montieren, werden jeweils 17 000 von ihnen in eine perforierte, zehn mal zehn Zentimeter großen Aluminiumfolie gepreßt. Die einzelnen Scheiben lassen sich zu beliebig großen Solargeneratoren zusammenfügen und sind, im Gegensatz zu den spröden Siliziumgeneratoren herkömmlicher Machart, flexibel und verformbar.

Gegenwärtig werde bereits ein stabiler Wirkungsgrad von zehn Prozent erzielt, behauptet Texas Instruments. Mit einer für die Jahreskapazität von Zellen mit insgesamt hundert Kilowatt ausgelegten Pilotanlage wird im TI-Hauptquartier in Dallas zur Zeit die Produktionstechnik getestet. Ebenfalls in Texas soll dann im April 1994 die Fertigung im großen Stil anlaufen.

Tl-Sprecher sehen für spheral solar ein „riesiges Absatzpotential“; als künftige Einsatzgebiete geben sie vor allem die Montage an Gebäuden und anderen Trägern wie Lärmschutzeinrichtungen an. Keine verläßlichen Angaben können freilich über die zu erwartenden Gesamtkosten für den spheral-Solarstrom gemacht werden. Diese werden nämlich außer von den Aufwendungen für die Solarzellen auch von den Preisen für Verkabelung, Wechselrichter und Trägerstrukturen beeinflußt – und die lassen sich wohl nicht mehr bedeutend senken (siehe ZEIT Nr. 42/92, S. 47).