Schritt für Schritt zur Produktion kristalliner Solarmodule
10. 4. 2025
Solarenergie ist für den Übergang zu nachhaltiger Energie von zentraler Bedeutung. Kristalline Solarmodule dominieren den Markt, weil sie aufgrund ihrer Effizienz und Langlebigkeit die bevorzugte Wahl in der Photovoltaik sind. Um sie in großem Maßstab und kostengünstig herzustellen, werden automatisierte Produktionsprozesse eingesetzt.
Kristalline Siliziummodule sind die am weitesten verbreitete Technologie in der Photovoltaik. Sie bestehen aus mehreren Solarzellen, die aus Siliziumwafern hergestellt werden. Der Wafer enthält dotiertes Silizium, das durch gezielten Einbau von Fremdatomen eine elektrische Ladungstrennung erzeugen kann.
Dünne Metallkontakte – sogenannte Sammelschienen und Finger – leiten den Strom. Die feinen Metallfinger sammeln den Strom über die Zelloberfläche und leiten ihn zu den Sammelschienen, die als Bus für die weitere Stromübertragung dienen. Ein Solarmodul besteht aus mehreren Solarzellen. Um die empfindlichen Zellen vor mechanischen und Witterungseinflüssen zu schützen, werden sie zwischen mehrere Schichten eingebettet.
Eine Glasplatte auf der Vorderseite sorgt für Stabilität, während eine Kunststofffolie (in der Regel EVA = Ethylenvinylacetat) als Einkapselungsmaterial dient. Die Rückseite besteht aus einer weiteren Kunststofffolie oder einer zweiten Glasschicht, an der auch eine Anschlussdose angebracht ist, um den erzeugten Gleichstrom zu übertragen. Ein Aluminiumrahmen umschließt das Modul und erleichtert die Installation.
Schrittweise Herstellung des Solarmoduls
Die Herstellung von Silizium-Wafern ist ein hochspezialisierter Prozess, der in der Regel von High-Tech-Unternehmen durchgeführt wird. Die eigentliche Produktion der Solarmodule beginnt mit den fertigen Solarzellen, die bereits dotiert und mit einer Antireflexschicht versehen sind.
Schritt 1: Verbindung der Solarzellen – der String-Prozess
Der erste Schritt bei der Herstellung von Solarmodulen ist die Verbindung der einzelnen Solarzellen. Dieser Prozess wird als „Stringing“ bezeichnet: Die Zellen werden über Sammelschienen mit dünnen Kupferstreifen (Bändern) verbunden. Die Zellen werden in Reihen angeordnet – sogenannte Strings.
Um Risse und Mikrorisse in den empfindlichen Siliziumzellen zu vermeiden, ist höchste Präzision erforderlich. Der Lötprozess muss optimiert werden, um mechanische und thermische Spannungen zu minimieren.
Schritt 2: Schneiden und Lagenplatzierung – Layering-Prozess
Nachdem alle Schichten des Solarmoduls – Clo, EVA-Folie, Strings und Rückseitenfolie – auf Maß geschnitten wurden, werden sie im nächsten Schritt präzise übereinander gelegt. Dieser Vorgang wird als Layup/Layup bezeichnet: Die automatische Positionierung erfolgt mit einer Genauigkeit von ±0,1 mm.
Schritt 3: Laminierung
Nach der Positionierung werden die einzelnen Schichten zu einer stabilen und langlebigen Einheit zusammengefügt – der sogenannten Laminierung. Das Modul wird in einem Vakuumsack oder Autoklaven unter Vakuum oder Überdruck (bis zu 10 bar) auf meist ca. 140 °C erhitzt.
Dabei polymerisiert die zuvor milchige EVA-Folie zu einer klaren, dreidimensional vernetzten Kunststoffschicht. Dadurch werden die Solarzellen fest mit der Glasscheibe und der Rückseitenfolie verbunden.
Schritt 4: Kantenverleimung und Rahmen
Nach dem Laminieren ist das Modul bereit für den endgültigen Einsatz. Zunächst werden die Kanten beschnitten, um überstehendes Material zu entfernen – insbesondere die Reste der EVA-Folie und der Rückseitenfolie. Dann wird die Anschlussdose installiert.
Im letzten Schritt wird das Modul mit einem Aluminiumrahmen versehen, um die mechanische Stabilität zu gewährleisten und die Montage zu erleichtern. Der Rahmen wird entweder mit Silikon oder mit einem speziellen Klebeband befestigt.
Schritt 5: Qualitätskontrolle und Klassifizierung
Bevor das Solarmodul die Produktion verlässt, wird es auf Leistung und Sicherheit geprüft.
Ein Solarsimulator misst die elektrischen Eigenschaften, während Elektrolumineszenz- und Isolationstests Materialfehler oder -mängel aufdecken. Schließlich werden die Module vor dem Verpacken und Versenden nach Leistung eingestuft.