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Computerprozessoren. Man benötigt ziemlich teure Anlagen, die weitgehend automatisiert Zellen erstellen. Um die Investitionen zu amortisieren, ist es natürlich von Vorteil, wenn die Millionen auf möglichst viele einzelne Zellen umgelegt werden. In der Montage der Systeme ist noch immer in weiten Bereichen Handarbeit angesagt, eine Automatisierung lohnt aufgrund des Kapitalbedarfs nur bei sehr hohen Stückzahlen. Insofern ist es glaubhaft, wenn König sagt, die Steigerung der Stückzahlen sei »mindestens genauso wichtig« wie die des Wirkungsgrades.
AUS PHOTONEN WERDEN WANDERNDE ELEKTRONEN
    Trotzdem ist die Steigerung des Wirkungsgrades natürlich eine spannende Aufgabe für Ingenieure. Denn die Solarzellen, die sich heute auf deutschen Dächern befinden, nutzen deutlich weniger als zwanzig Prozent des Sonnenlichtes, um Strom zu gewinnen. Der Rest geht, wie so oft in der Technik, hauptsächlich als Wärme verloren. Bevor wir uns jedoch mit den technischen Möglichkeiten beschäftigen, Solarzellen noch besser zu machen, werfen wir einen Blick auf die Fotozellen: Wie wird aus einem Photon, das auf die Oberfläche einer Solarzelle trifft, überhaupt ein bewegtes Elektron, also elektrische Energie?
    Stellen wir uns das Photon als Lichtteilchen vor (und behalten im Hinterkopf: Es handelt sich um ein Modell, das die Wirklichkeit abbilden soll, nicht um die Wirklichkeit selbst). Es fliegt mit konstanter Lichtgeschwindigkeit in ungefähr acht Minuten von der Sonne zur Erde. Wenn wir Glück haben, wird es nicht in der Atmosphäre – etwa an Wolken – absorbiert und trifft auf einem Stück Land auf (mit einer Wahrscheinlichkeit von 1:3, denn zwei Drittel der Erdoberfläche sind von Meeren bedeckt). Das Photon trägt eine bestimmte Energiemenge mit sich, abhängig davon, mit welcher Wellenlänge es schwingt: Schnelles Hin- und Herschwingen bedeutet viel Energie, klar. Wenn wir wiederum Glück haben, trifft das von uns beobachtete Photon nicht irgendwo auf, sondern genau auf der Oberfläche einer Solarzelle beliebiger Bauart.
    Die Oberfläche der Solarzelle besteht aus einer dünnen Schicht eines Halbleitermaterials, in dem Elektronenüberschuss herrscht. Hinter der dünnen Schicht liegt eine dickere, in der gezielt ein Elektronenmangel geschaffen wurde, man kann auch von Löchern oder positiver Ladung sprechen. An der Grenze zwischen beiden Schichten entsteht ein elektrisches Feld. Trifft genau jetzt ein Photon auf diese Grenzschicht, verwandelt es sich vollständig in Energie und existiert fortan nicht mehr. Die Energie ist groß genug, um ein Elektron aus einem festen atomaren Gitter herauszuschlagen. Das elektrische Feld sorgt dafür, dass dieses sofort in die obere Schicht abtransportiert wird. Legt man nun noch jeweils einen elektrischen Kontakt auf die Oberseite und die Unterseite der Zelle, so wandert das Elektron durch den Draht – es fließt Strom, solange das Bombardement durch die Lichtteilchen anhält.
    Als Halbleitermaterial kommt für Solarzellen überwiegend Silizium zum Einsatz. Doch Silizium ist nicht gleich Silizium: Beim klassischen Herstellverfahren, bekannt von Computerchips, schmilzt man Sand ein, züchtet aus der Schmelze hochreine Kristalle und zersägt diese in sehr dünne Scheiben. Hochreine Kristalle bedeutet, dass frühestens nach fünf Millionen völlig gleichmäßig angeordneten Atomen eine Verunreinigung auftritt – daher spricht man auch von »monokristallinen Zellen«. Um sich das langwierige Ziehen der Kristalle aus der Schmelze zu sparen, kann man es auch in Blöcken erstarren lassen. Beim Aushärten entsteht allerdings keine vollkommen gleichmäßige Gitterstruktur, sondern ein Gefüge aus Körnern. An deren Grenzflächen werden der Elektronen- und Photonenfluss gestört, daher sinkt bei diesen »polykristallinen« Materialien der Wirkungsgrad um etwa zwei Prozentpunkte.
    Auch wenn die beiden Formen kristalliner Silizium-Solarzellen noch immer 80 Prozent des Weltmarkts ausmachen, so haben in den letzten Jahren deutlich kostengünstigere Dünnschicht-Solarzellen große Marktanteile gewonnen. Bei ihnen wird das Halbleitermaterial hauchdünn auf ein Trägermaterial (in der Regel Glas) aufgedampft. Dabei bilden sich keine Kristalle, das Silizium liegt »amorph«, also unordentlich, vor und besitzt nur noch etwa ein Drittel des Wirkungsgrades. Dafür ist die Schicht nur ein Hundertstel so dick, man braucht also generell weniger Material und außerdem ist der Herstellprozess bedeutend