Industrie und Forschung nehmen Silizium unter die Lupe

Die Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht hat sich in den letzten zehn Jahren mit einem weltweiten jährlichen Marktwachstum von über 30% zu einer starken Industrie entwickelt. Mehr als 90% aller Solarzellen werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt.

Die deutsche Industrie nimmt sowohl in der Fertigung von Solarzellen als auch im Anlagenbau eine globale Spitzenstellung ein. Um diese zu festigen und weiter auszubauen haben sich zwölf Unternehmen der deutschen Photovoltaikindustrie und zwölf Forschungspartner in dem Verbundprojekt „Solarsilizium-ForschungsCluster SolarFocus“ zusammengeschlossen.

Ziel des vom Bundesumweltministerium geförderten Projekts ist ein vertieftes Verständnis des für die Solarzellenfertigung genutzten Siliziummaterials. Unter Berücksichtigung der Anforderungen der Industrie werden grundlegende Mechanismen in der Siliziumverarbeitung erforscht, die das Verhalten von Defekten im Material maßgeblich beeinflussen können. Über eine Laufzeit von drei Jahren unterstützt das BMU die Arbeiten mit 4,1 Mio €, die Industrie beteiligt sich mit weiteren 1,2 Mio € sowie deutlich darüber liegenden Sachleistungen. Die beteiligten Unternehmen repräsentieren mit insgesamt mehr als 5000 Mitarbeitern im Bereich der Photovoltaik und einem kumulierten Jahresumsatz von 2,5 Mrd € im Jahr 2006 den überwiegenden Teil der in Deutschland tätigen PV-Industrie.

Drei Schwerpunkte umfasst das Projekt: Defektanalytik, Korrelationsuntersuchungen und 'Defect Engineering'. Alle drei drehen sich um das Verständnis grundlegender Mechanismen bei der Siliziumkristallisation sowie bei der Weiterverarbeitung von Siliziumwafern zu Solarzellen unter industriellen Rahmenbedingungen. Als Ergebnis erwarten die Projektpartner innovative Ansätze zur verbesserten Herstellung von Siliziumwafern ebenso wie zur optimierten Herstellung von Solarzellen.

Die Schwerpunkte im Einzelnen: Die Defektanalytik untersucht das derzeit für die Solarzellenproduktion verwendete Siliziummaterial. Zur Materialanalyse nutzen die Projektpartner dabei eine Vielzahl spezialisierter Methoden. Beispielsweise werden großflächige bildgebende Messverfahren wie die Elektrolumineszenz (EL) oder LightBeamInducedCurrent (LBIC) mit lokalen Untersuchungen an Materialsegmenten wie der Transmissions¬elektronenmikroskopie (TEM) kombiniert und erlauben so das Identifizieren und Analysieren von Bereichen schlechter Materialqualität. Ergänzt man diese Verfahren durch weitere Untersuchungsmethoden wie der Analyse mittels Synchrotronstrahlung, so werden mikroskopische Einblicke in die chemische Zusammensetzung möglich und man kann die Defektstrukturen optimal charakterisieren.

Den zweiten Schwerpunkt bilden Korrelationsuntersuchungen. Hierbei ist geplant, Silizium während der Kristallisation gezielt mit Verunreinigungen zu versehen, die bei der industriellen Produktion eine Rolle spielen. Basierend auf dem Studium einzelner Verunreinigungen sollen insbesondere die Wechselwirkungen mehrerer gleichzeitig vorliegender Verunreinigungen erforscht werden. Dies geschieht mit den im Schwerpunkt Defektanalytik genutzten Verfahren.

Im dritten Schritt – Defect Engineering – wollen die Projektpartner schließlich die zuvor gewonnenen Erkenntnisse über das Zusammenwirken der Defekte in neue Ansätze für Kristallisation und Prozessierung von Silizium überführen. Als Ergebnis erwarten sie innovative Strategien, um in der Solarzellenproduktion elektrische Defekte effizienter vermeiden bzw. diese passivieren zu können.

Hauptziel des „SolarFocus“-Projekts ist die Steigerung des Solarzellenwirkungsgrads und damit die Kostensenkung der Solarzellenproduktion über die gesamte Wertschöpfungskette auf Basis des vertieften Verständnisses der Defekte im Silizium. Somit steht das Projekt nicht zuletzt im Zeichen der vom Erneuerbaren Energien Gesetz geforderten Kostensenkungen über Innovation.

Leitender Projektkoordinator:
Dr. Wolfgang Koch
KoSolCo GmbH
Seitz-Berlin-Str. 10
91550 Dinkelsbühl
Tel: 09851 5553835
Fax: 09851 5553836
Email: w.koch@kosolco.de
Geschäftsführender Projektkoordinator:
Dipl.-Phys. Stephan Riepe
Freiburger Materialforschungszentrum FMF
Stefan-Meier-Straße 21
79104 Freiburg
Tel: 0761 203 4782
Fax: 0761 203 4709
Email: stephan.riepe@fmf.uni-freiburg.de