Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Reduktion des Verunreinigungseintrages erhöht Wirkungsgrad multikristalliner Siliziumsolarzellen

16.12.2014

Im Verbundprojekt SolarWinS haben Forscher vom Fraunhofer IISB eine spezielle Experimentieranlage zur Optimierung von Tiegel- und Beschichtungsmaterialien, die bei der gerichteten Erstarrung von Photovoltaik-Silizium zum Einsatz kommen, entwickelt.

Mit der neuartigen Anlage untersuchten die Erlanger Wissenschaftler die chemische Stabilität der bei der Produktion von Solarsilizium eingesetzten Tiegelmaterialien. Ziel war die Verringerung des Verunreinigungseintrages bei der Herstellung von multikristallinen Siliziumkristallen. Die damit verbundene Verbesserung der elektrischen Materialeigenschaften eröffnet weiteres Potential zur Steigerung des Wirkungsgrades bei preisgünstigen Solarzellen.


Erstarrter Siliziumtropfen auf einem beschichteten Tiegelstück, Abmessungen 2 cm x 2 cm.

Fraunhofer IISB

Die industrielle Herstellung von multikristallinen Siliziumkristallen erfolgt durch kontrolliertes Erstarren einer Siliziumschmelze in einem Quarzguttiegel, der auf der Innenseite mit einer Siliziumnitridbeschichtung versehen ist. Diese wirkt unter anderem als Trennschicht zwischen Schmelze und Tiegel und verhindert ein Anhaften des Siliziums am Quarzguttiegel, was zu Rissen im abgekühlten Siliziumkristall führen würde.

Der Tiegel mit der Beschichtung stellt die größte Quelle für schädliche Verunreinigungen im Silizium dar. Diese Verunreinigungen werden während der Kristallisation kontinuierlich aus dem Tiegel-Beschichtungssystem in das Silizium eingetragen und lagern sich an Fehlern im Siliziumkristall an. Dadurch wird die Stromausbeute und somit der Wirkungsgrad der aus den verunreinigten Kristallen hergestellten Solarzellen gesenkt. Wenn die Beschichtung ihre chemische Stabilität gegenüber dem Silizium verliert, kann es aber nicht nur zu den beschriebenen Anhaftungen kommen. Zusätzlich können Kanäle für einen direkten Verunreinigungseintrag aus dem Tiegel entstehen, die das Kontaminationsniveau im Silizium weiter erhöhen.

Um die Wechselwirkung zwischen Tiegel, Beschichtung und Silizium in Hinblick auf die Stabilität der Beschichtung und den Verunreinigungseintrag gezielt untersuchen zu können, haben Forscher vom Fraunhofer IISB in Erlangen eine spezielle Experimentieranlage entwickelt. Die Anlage ermöglicht es, in einer Gasatmosphäre kleine Roh-Siliziumbrocken auf einem Trägersubstrat unter definierten thermischen Bedingungen aufzuschmelzen. Der sich dabei ausbildende Flüssigkeitstropfen kann in situ optisch beobachtet werden und lässt sich anschließend wieder kontrolliert erstarren.

Mit der Apparatur konnten die Wissenschaftler die Langzeitstabilität unterschiedlich hergestellter Beschichtungen gegenüber flüssigem Silizium unter dem Einfluss verschiedener Gasatmosphären zeigen. Zur Erklärung der experimentellen Ergebnisse entwickelten die Wissenschaftler entsprechende theoretische Modelle. Darauf aufbauend konnte außerdem der Nachweis erbracht werden, dass eine Reduktion der Beschichtungsdicke um 50 % zu einem identischen Nichtbenetzungsverhalten des Tiegelmaterials führt.

In Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern wurden unterschiedliche Kombinationen aus Tiegel- und Beschichtungsmaterialien zur Verfügung gestellt, in der neu entwickelten Laboranlage am Fraunhofer IISB getestet und in Hinblick auf den Verunreinigungseintrag in das Silizium durch die Verbundpartner erprobt. So haben die Untersuchungen gezeigt, dass sich durch eine Kombination aus einer sehr dünnen, aber hochreinen Beschichtung auf einem hochreinen Quarzglassubstrat ein reduzierter Verunreinigungseintrag in das Silizium erreichen lässt - bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität gegenüber der Gasatmosphäre. Die im Rahmen des SolarWinS-Projektes erzielten Ergebnisse zeigen ganz klar mögliche Zielrichtungen zur Vermeidung des Verunreinigungseintrages bei der industriellen Umsetzung auf.

Die Arbeiten am Fraunhofer IISB wurden im Verbundprojekt "SolarWinS" - "Solar-Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silicium" - durchgeführt, welches für drei Jahre durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert wurde.

Bildmaterial zur redaktionellen Verwendung finden Sie unter http://www.iisb.fraunhofer.de/presse.

Weitere Informationen finden Sie unter der Projekt-Homepage http://www.solarwins.de.

Ansprechpartner

Dr. Jochen Friedrich

Fraunhofer IISB
Schottkystraße 10, 91058 Erlangen, Germany

Tel. +49-9131-761-270
Fax +49-9131-761-280
info@iisb.fraunhofer.de

Über das Fraunhofer IISB

Das 1985 gegründete Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB betreibt angewandte Forschung und Entwicklung auf den Gebieten der Mikro- und Nanoelektronik, Leistungselektronik und Mechatronik. Mit Technologie-, Geräte- und Materialentwicklungen für die Nanoelektronik sowie seinen Arbeiten zu leistungselektronischen Systemen für Energieeffizienz, Hybrid- und Elektroautomobile genießt das Institut internationale Aufmerksamkeit und Anerkennung. Rund 200 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in der Vertragsforschung für die Industrie und öffentliche Einrichtungen. Neben seinem Hauptsitz in Erlangen hat das IISB zwei weitere Standorte in Nürnberg und Freiberg. Das IISB kooperiert eng mit dem Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg.

Weitere Informationen:

http://www.solarwins.de Homepage SolarWinS
http://www.iisb.fraunhofer.de Homepage Fraunhofer IISB

Kommunikation | Fraunhofer IISB

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Elektromobilität: Forschungen des Fraunhofer LBF ebnen den Weg in die Alltagstauglichkeit
27.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Wärme in Strom: Thermoelektrische Generatoren aus Nanoschichten
16.03.2017 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Von Agenten, Algorithmen und unbeliebten Wochentagen

28.03.2017 | Unternehmensmeldung

Hannover Messe: Elektrische Maschinen in neuen Dimensionen

28.03.2017 | HANNOVER MESSE

Dimethylfumarat – eine neue Behandlungsoption für Lymphome

28.03.2017 | Medizin Gesundheit