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Solarenergie unterscheidet sich erheblich von anderen traditionellen
Energieformen, da sie eine der wenigen Energiequellen ist, die während ihrer
normalen Betriebsdauer keine schädlichen Emissionen oder giftigen Abfälle
erzeugt. Bei ihrer Produktion ist dies jedoch nicht der Fall.
Der folgende
Abschnitt beschreibt die Schritte, die zur Herstellung monokristalliner Zellen
erforderlich sind. Aus ökologischer Sicht werden bei der Herstellung von
Solarzellen verschiedene Rohstoffe wie Silizium (Si), Cadmium (Cd), Tellur (Te),
Kupfer (Cu), Selen (Se) und Gallium (Ga) verwendet, die alle abgebaut werden.
Anschließend werden Extraktions- und Reinigungsverfahren durchgeführt, bei denen
Chemikalien und erhebliche Mengen an Energie benötigt werden.
Der erste
Schritt besteht darin, Quarz in metallurgisches Silizium umzuwandeln, wobei in
einem Ofen große Mengen an Energie verbraucht werden. Dieses wird dann in einem
Destillationsprozess mit Salzsäure in eine reinere Form von Silizium,
sogenanntes Polysilizium, umgewandelt. Dabei entsteht leider auch ein sehr
giftiges Abfallprodukt namens Siliziumtetrachlorid, von dem pro Tonne
Polysilizium etwa drei bis vier Tonnen anfallen. Mindestens 98,5 % des
Siliziumtetrachlorids können jedoch im Rahmen des Produktionsprozesses recycelt
werden. Das Ergebnis dieses Prozesses ist ein ziegelsteinartiger Barren aus
Polysilizium.
Aus diesem hochreinen Polysilizium können dann mit der
Czochralski-Methode monokristalline Barren gezüchtet werden. Bei dieser Methode
wird ein Silizium-Impfkristall in geschmolzenes Polysilizium getaucht. Dieser
wird gezogen und gedreht, um einen einkristallinen Barren zu erzeugen. Während
dieses Prozesses wird auch die Bor-Dotierung hinzugefügt, wodurch P-Typ-Silizium
entsteht. Auch dieser Prozess erfordert hohe Temperaturen und erhebliche Mengen
an Energie.
Diese monokristallinen Barren werden dann in Wafer geschnitten.
Anschließend werden mit Flusssäure alle Verunreinigungen entfernt, die bei der
Herstellung der Wafer entstehen. Dadurch entsteht auch eine strukturierte
Oberfläche, die die Oberflächenreflexion verringert. Leider ist Flusssäure eine
stark ätzende Chemikalie, die Gewebe zerstören und Knochen entkalken kann, daher
muss sie mit Vorsicht behandelt werden.
Der nächste Schritt ist die
Herstellung der Solarzellen aus den Wafern. Dies wird durch Dotierung
(Hinzufügen von Fremdatomen, die einen Ladungsunterschied zwischen den
verschiedenen Schichten bewirken) zum Siliziumwafer erreicht. Bei der
Herstellung des monokristallinen Barrens wurde den Wafern Bor hinzugefügt,
wodurch p-Typ-Silizium entstand, und das n-Typ-Silizium wird durch Hinzufügen
von Phosphor zu den Siliziumwafern mittels thermischer Diffusion hergestellt. Um
dies zu erreichen, werden die Wafer Rücken an Rücken versiegelt und in Gegenwart
eines Phosphorgases bei einer Temperatur knapp unter dem Schmelzpunkt von
Silizium in einen Ofen gelegt. Auch hier wird eine erhebliche Menge an Energie
verbraucht. Das Ergebnis dieser letzten Phase sind Solarzellen, die zum Einbau
in ein monokristallines Solarmodul bereit sind.
Die Herstellung von
Dünnschichtzellen ist weit weniger aufwändig als die von Dickschichtzellen. Bei
deren Produktion entfallen viele der Umwelt- und Sicherheitsrisiken, die bei der
Herstellung auftreten, da bestimmte problematische Chemikalien wie Flusssäure
und Salzsäure nicht erforderlich sind. Das bedeutet jedoch nicht, dass eine
Dünnschichtsolarzelle automatisch als umweltfreundlich betrachtet werden kann.
Die Dotierung von Dünnschichtzellen erfolgt durch Cadmiumtellurid und
Cadmiumsulfid, um die beiden dotierten Schichten zu erzeugen. Diese Chemikalien
enthalten leider das Schwermetall Cadmium, das sowohl krebserregend als auch
genotoxisch ist, was bedeutet, dass es vererbbare Mutationen verursachen kann.
Obwohl der Herstellungsprozess von Solarzellen erhebliche Mengen an Strom und
gefährlichen Chemikalien verbraucht, gleicht die während ihrer Lebensdauer
erzeugte Energie den im Produktionsprozess benötigten Strom aus. Normalerweise
kann dies innerhalb von zweieinhalb Jahren erreicht werden.
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