Wissenschaft im Dialog

Warum sprechen alle davon, dass nicht genug Silizium für die Solarindustrie vorhanden ist, wenn es doch soviel Quarzsand gibt?

Tatsächlich ist Quarzsand (oder Siliziumdioxid) das Ausgangsmaterial für die Herstellung von Solarzellen und elektronischen Bauelementen.

Dieser Rohstoff ist ausreichend vorhanden. Immerhin besteht ein Drittel des Erdmantels aus Silizium, ein großer Teil davon ist im Siliziumdioxid gebunden. Begrenzt sind aber die Fertigungskapazitäten, die aus dem Sand hochreine, kristalline Siliziumscheiben herstellen. Denn nur diese können in der Solar- und Elektronikindustrie verwendet werden. Um die steigende Nachfrage der boomenden Solarbranche decken zu können, müssten neue Fabriken gebaut und neue Verfahren zur kostengünstigen und umweltschonenden Silizium-Wafer-Produktion entwickelt werden. Dies ist für die betroffenen Firmen jedoch mit hohen Kosten verbunden. Deshalb scheinen viele zunächst abzuwarten, ob der Solarboom anhält.

Um aus Quarzsand Solarzellen herstellen zu können, sind drei Prozessschritte nötig. Zunächst muss der Sauerstoff abgetrennt werden. Dies geschieht unter Beigabe von Kohlenstoff (Koks) und Erhitzen auf Temperaturen um 1800 °C. Dann brechen die Sauerstoff-Silizium-Bindungen auf. Es bildet sich gasförmiges Kohlendioxid, Silizium bleibt zurück. Dieses Rohsilizium wird mit Hilfe reiner Salzsäure gereinigt, so dass sich im Mittel unter einer Milliarde Siliziumatomen nur noch ein Fremdatom befindet. Aus dem so entstandenen Polysilizium wird dann ein kristallines Material hergestellt, in dem alle Atome entsprechend einer bestimmten Gitterstruktur angeordnet sind. Die Fabrik-Kapazitäten aller dieser Herstellungsschritte müssten erweitert werden um den steigenden Silizium-Bedarf decken zu können.

Die Antwort wurde beantwortet von Dr. Günter Wagner, Institut für Kristallzüchtung.