Die meisten Solarzellen bestehen aus Silizium, welches in der Erdkruste nach Sauerstoff als zweithäufigstes Element mit 25%, in Verbindung als Siliziumdioxid vorkommt.

Trotz diesen Tastbestandes diskutieren Wissenschaftler schon seit langem ob der kostengünstige Rohstoff in einem ausreichendem Maße für die Solarzellenproduktion vorhanden ist. Leider ist im Moment ein kostenaufwändiger, energieverschlingender Prozess für die Gewinnung von Silizium erforderlich. Deshalb benutzen die meisten Hersteller von Solarzellen Abfallprodukte der Halbleiterindustrie als Rohstoffe oder beziehen die Ingots, die Blöcke aus denen später die Wafer (dünne Scheiben) geschnitten werden, von den selben Lieferanten dieser Industrie. Obwohl für letzt genanntes eine so hohe, und somit teure Qualität nicht notwendig wäre.

Viel weniger Energie würde die Fertigung von weniger reinem Solarsilizium verbrauchen, als die Halbleiterproduktion. Aber die Herstellung steht immer noch am Anfang. Da der Solarmarkt sich aber in einem ständigem Wachstum befindet und die Halbleiterbranche derzeit wieder gefragt ist, wäre ein Preisanstieg wahrscheinlich. Also muss die Produktion von Solarsilizium begonnen werden, um unsere Rohstoffe länger zu bewahren und die Kosten- und Energieaufwendungen zu senken.

Sehr viel Verschnitt entsteht bei der Verarbeitung der großen Ingots. Erhebliche Verluste, besonderst beim Zuschnitt von Monokristallinen Material entstehen schon beim Grobzuschnitt.

Zu Beginn müssen die zylinderförmigen Einkristalle auf einen semiquatratischen Querschnitt gebracht werden darauf folgt die Zerteilung mit Drahtsägen zu Wafern. Als Verschnitt bleibt bei diesem Vorgang mindestens die Hälfte des Rohlings zurück. Um die Scheiben für die folgenden Schritte vorzubereiten, werden sie mit Ultraschall und in unterschiedlichen Bädern gereinigt.

Im Gegensatz zu Monokristallinem Silizium besteht das Polykristalline Silizium aus vielen Kristallen deren Abmessungen einige Zentimeter betragen können.

Gewonnen wird es indem man, geschmolzenes Silizium in einem großen Tiegel kontrolliert abkühlen lässt. Bei diesem Vorgang entstehen Blöcke mit quadratischem Querschnitt. Die Vorteile dieser Kristalle sind, das die Herstellungsdauer geringer ist und sie sich auf Grund ihrer quadratischen Form enger in den Modulen anordnen lassen. Leider muss man dem entgegensetzen, dass die Wirkungsgrade dieser Form niedriger sind und auch beim Zuschnitt im Rahmen dieser Herstellungsform Materialverluste anfallen.

Zahlreiche wissenschaftliche Einrichtungen und Unternehmen weltweit, forschen an besseren Verfahren um diese Verluste zu reduzieren. Das Frauenhofer - Institut für solare Energiesysteme in Freiburg erforscht derzeit eine Methode wie sich 50 Mikrometer dünne Wafer (heute sind ca. 200 bis 300 Mikrometer üblich) mit einem Schneideverlust von etwa 100 Mikrometer herstellen lassen. Das Ziel besteht darin, möglichst viele Wafer aus dem Kristall zuschneiden. Allein dies würde den Bedarf an Silizium gegenüber dem heutigen extrem stark verringern.

Nun fehlt dem Wafers noch eine wichtige, grundlegende Eigenschaft, gleich welches Verfahren angewendet wird. Der Minuspol. Aus diesem Grund wird in dem nächsten Schritt Phosphor in die obere Schicht eingebracht. Dies geschieht normalerweise durch Dotierung in einem Diffusionsofens mit phosphorhaltiger Atmosphäre. Bisher wurden noch keine Verfahren entwickelt, die einen geringeren Zeit- und Energieaufwand benötigen und zu vergleichbarer stabiler Fertigungsqualität führen.



Da ein Drittel der auftretenden Strahlung von den Solarzellen zurückgeworfen wird, trägt man eine Antireflexionsschicht aus Titanoxid und Siliziumnitrat auf. Mit dieser Legierung geschieht dies zwar immer noch, aber in einem niedrigerem Ausmaß.

Jetzt sind die präparierten kleinen Scheiben fähig Strom zu erzeugen, dieser muss aber noch abgezweigt werden. Die Kontakte fehlen. Auf dem Minuspol der Oberseite der Zelle müssen ihre Abmaße möglichst gering sein um die Photonen einfuhr nicht zu behindern. In den meisten Fällen bestehen sie aus Silber, welches im Siebdruckverfahren hauchdünn in schmalen Streifen aufgetragen wird. Am Pluspol, an der Zellenunterseite verwendet man dagegen eine Mischung aus Aluminium und Silber, aus wirtschaftlichen Gründen. Aluminium ist nämlich wesentlich preiswerter und kompensiert zudem die negative Ladung des Phosphors. Silber muss allerdings trotz dessen beigemengt werden, da Aluminium sich nicht zum Löten eignet.

Nach diesen Verfahren ist die Solarzelle funktionstüchtig, aber welche Leistung sie zu verbringen mag, kann man jetzt noch nicht beschreiben. Jeder Produktionsschritt kann Ungleichmäßigkeiten beinhalten, beim Sägen der Wafer, bei der Phosphordotierung oder beispielsweise beim Auftragen der Antireflexionsschicht. Heutzutage ist die Industrie in der Lage, diese Faktoren in äußerst engen Toleranzbereichen zu halten, jedoch wirken sich die geringsten Differenzen auf die Leistung jeder einzelnen Zelle aus. Diese werden im Modul, um ihre geringe Spannung nutzbar zu machen in Reihe geschalten und somit ihre Spannung addiert, wodurch das jeweils schwächste Glied der Kette alle anderen beeinflusst. Nur Zellen einer einheitlichen Güte werden deshalb miteinander kombiniert. Um dies zu bewerkstelligen muss jede Solarzelle vor ihrer Weiterverarbeitung getestet werden. Nicht nur Aussehen, Risse, abgesprungende Ecken und sonstige Mängel werden überprüft, sondern was besonderst bedeutend ist, ihre Stromproduktion wird im Zelltester bei einer definierten Lichteinstrahlung gemessen. Danach in verschiedenen Leistungsklassen werden sie verpackt und schließlich weiterverarbeitet.

Der zuvor beschriebene Prozess wird in der Regel bei der Herstellung von Mono- und Polykristallinen Solarzellen angewendet. Jedoch haben heute auch schon andere, nennenswerte Verfahren Serienreife und Marktanteile erreicht, besonderst Verfahren die sich bemühen Material, Prozessenergie und Zeit zu sparen, sind hier aufzuzählen.

Angewendet wird dieses Verfahren durch die RWE Schott Solar GmbH. Dabei wird ein achteckiger Zylinder langsam aus einer Siliziumschmelze gezogen, auf der eine ebenfalls achteckige Matrix schwimmt. Eine Siliziumschicht bildet sich an der Innenseite des Zylinders durch die Kapillarkräfte. Aus den so entstandenen Oktaedern lassen sich dann die Zellen schneiden. Es ist ein wesentlich geringerer Materialverlust zu verzeichnen als bei üblichen Verfahren, doch die Wirkungsgrade der Zellen sind geringer und die unregelmäßige Oberfläche der EFG-Zellen führt zu Schwierigkeiten bei der Weiterverarbeitung.

Die Firma Evergreen Solar, aus Malboro im US-Bundesstaat Massachusetts verwendet dies. Vertikal durch eine Siliziumschmelze werden hierbei zwei hochtemperaturbeständige Drähte in einem kontinuierlichen gezogen. Zwischen den Schnürren spannt isch das geschmolzene Silizium und erstarrt. Das geschmolzene Silizium spannt sich zwischen den Schnüren und erstarrt. Die Wirkungsgrade von Modulen mit Ribbon-Zellen liegen zwischen neun und elf Prozent.

Entwickelt wurde diese Technologie von der Firma Astropower Inc. aus Newark im US-Bundesstaat Delaware. Hierbei wird das polykristalline Silizium, in hauchdünnen Platten im Bandschmelzverfahren hergestellt. Aus denen die Wafer dann geschnitten werden. Da die Kristallite der Apex-Zellen kleiner sind, erreichen die aus ihnen gefertigten Module einen deutlich geringeren Wirkungsgrad, mit ca. sieben bis acht Prozent, als ihre polykristallinen Mitstreiter.

Zellen welche mit einer besonderen Konstruktionsweise auf Hochleistung konzipiert wurden, bilden ein eigenen Marktbereich. Beispielsweise wären hier die monokristallinen Saturn-Solarzellen von BP Solar und die HIT-Zellen von Sanyo, welche aus monokristallinen und amorphen Material kombiniert sind zu nennen, da sie am weitesten verbreitet sind aber auch sie bekommen zunehmend Konkurrenz von anderen Herstellern. Bei konventionellen Verfahren immer größere Abmessungen zu erreichen, liegt im Moment im Schwerpunkt dieser Industrie. 6-Zoll-Zellen waren vor zwei Jahren eher selten, heute zählen sie inzwischen zum Standard. Serienreife 8-Zoll-Zellen wurden im März 2004 präsentiert von der Q - Zells AG in Thalheim aus Sachsen-Anhalt. Größere Modelle sind bereits in der Erprobung.

Hier ist der Materialbedarf viel geringer. Amorphes Silizium oder andere Halbleiter werden hier in einer hauchdünnen Schicht auf einem Träger, dabei handelt es sich meist um eine Glasplatte, abgeschieden. Leider erzeugen die Dünnschichtzellen noch zu niedrige Wirkungsgrade um den Herstellungs- und Energieaufwand auszugleichen.