Klassische Photovoltaikmodule waren, sind und bleiben integraler Bestandteil der Energiewende und zeichnen sich durch vergleichsweise hohe Wirkungsgrade aus. Trotzdem gibt es auch bei den klassischen, kristallinen Silizium-Modulen ein paar Nachteile: zum Beispiel werden sie in der Regel nur in standardisierten Größen montiert, weshalb es schwieriger ist, die Dachfläche optimal auszunutzen. Darüber hinaus sind klassische PV-Module mit einem Gewicht von 10-12 kg/m² relativ schwer, weshalb wenig belastbare Dächer ein Statikproblem bekommen. Dazu kommt, dass die Herstellung kristalliner Module im Vergleich zu anderen PV-Technologien rohstoff- und energieintensiv ist (dennoch liegt die energetische Amortisationszeit auch hier nur bei etwa 1 bis 1,5 Jahren). Eine weitere Schwierigkeit ist, dass die Module starr sind, und sich somit nur auf starren Flächen ideal eignen.
Diese Nachteile sind nicht dramatisch, denn es gibt noch riesige ungenutzte Potenziale, die mit den Standard-Modulen gut abgedeckt werden können. Mit den sich zur Zeit in Entwicklung befindenden Dünnschicht-Photovoltaikzellen können darüber hinaus aber weitere Potenziale für die Photovoltaik erschlossen werden.
Bei der Dünnschicht-Photovoltaik wird die Halbleiterschicht auf einen Träger, in der Regel Kunststoff, aufgetragen. Die Schichtdicken sind mit maximal 2 Mikrometern sehr dünn [1], sodass die PV-Zelle biegsam ist. In der Fertigung wird am Einsatz des Rolle-zu-Rolle-Druckprozesses geforscht, welcher aus anderen Anwendung, beispielsweise der Herstellung von Platinen und LEDs, bereits erprobt ist [2]. Dadurch steht ein etabliertes und sehr schnelles Produktionsverfahren zur Verfügung, welches aufgrund des geringen Materialeinsatzes (ca. 1g Materialeinsatz / 1m² Zellfläche) [3] und des geringen Energiebedarfs eine sehr kostengünstige Herstellung der Dünnschichtzellen verspricht [2].
Durch ihre mechanische Flexibilität können Dünnschichtzellen an Stellen verwendet werden, wo der Einsatz von klassischen PV-Zellen nicht in Frage kommt. Anwendungen reichen von Fensterscheiben (da transparent) [2] über Sonnen- und Schiffssegel bis hin zu quasi jeder beliebigen Oberfläche, da sie sich an die Form der Oberfläche anpassen lassen und eine Installation mit doppelseitigem Klebeband auf praktisch allen Materialien möglich ist [3][4]. Durch die einfachen Fertigungsverfahren können die PV-Zellen passgenau gefertigt bzw. zugeschnitten werden [5] und die vorhandenen Flächen optimal ausgenutzt werden.
Dünnschichtzellen unterscheiden sich in erster Linie durch den Einsatz organischer oder anorganischer Halbleitermaterialien. Anorganische Dünnschichtzellen verwenden meist amorphes Silizium. Vorteilhaft ist hier vor allem der geringe Materialeinsatz und das Wegfallen des aufwändigen Zerschneiden der Siliziumblöcke, da die Halbleiterschichten durch Aufdampfen aufgetragen werden, nachteilig ist hingegen das schwierige Recycling der Zellen. [1]
Eine zweite Dünnschichttechnologie stellen organische Photovoltaik-Zellen dar. Die Halbleiterschicht besteht hier entweder aus einem Stoff (sog. small molecules) oder mit konjugierten Polymeren (Elektronendonator) und Fullerenen (Elektronenakzeptoren) aus zwei Stoffen, die zusammen den Halbleiter bilden. Im Gegensatz zu anorganischen Dünnschichtzellen müssen die Halbleitermaterialien nicht aufgedampft werden, sondern können im Rolle-zu-Rolle-Verfahren ohne Hochtemperaturverfahren und teils sogar vakuumfrei aufgetragen werden. Dadurch reduziert sich der Energieverbrauch in der Produktion. Darüber hinaus kann durch eine gezielte Polymersynthese und durch das Aufbringen verschiedener Halbleiterschichten (Multi-Junction-Zelle) das Sonnenspektrum möglichst gut ausgenutzt werden. Bei organischen Photovoltaikzellen werden zudem keine giftigen Stoffe verwendet, sodass die Umweltbelastung verringert und die eventuelle Entsorgung stark vereinfacht werden. [3]
Der größte Nachteil der Dünnschicht-Photovoltaik ist der vergleichsweise geringe Wirkungsgrad. Während klassische PV-Zellen Wirkungsgrade von ca. 20% erreichen, kommen die erhältlichen Dünnschichtzellen auf einen Wirkungsgrad von ca. 6-8% [1][4] bzw. auf 14,9% unter Laborbedingungen [2]. Die fragliche Langzeitstabilität aufgrund der Zersetzung der verwendeten Polymere stellt bei den organischen PV-Zellen darüber hinaus ein großes Problem dar [3].
Dünnschicht-Zellen haben das Potential, Photovoltaik auf Flächen nutzbar zu machen, die mit klassischen Photovoltaik-Zellen bisher nicht erschlossen werden konnten. Durch ihre mechanische Flexibilität, günstige und ressourcenschonende Fertigungsverfahren und die flexible Größe der Zellen, spielt die Dünnschichtphotovoltaik ihre Stärken aus. Ihre noch nicht fertig entwickelten Herstellungs- und Recyclingprozesse und die im Vergleich zu klassischen Zellen niedrigen Wirkungsgrade haben aber bisher eine Durchsetzung auf dem Markt verhindert.