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 TU Ilmenau erforscht innovative mikrooptische Bauelemente für neuartige Anwendungen
21.09.2017 | Technische Universität Ilmenau

nachricht Bald bessere Akkus?
21.09.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

6. Stralsunder IT-Sicherheitskonferenz im Zeichen von Smart Home

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

OLED auf hauchdünnem Edelstahl

21.09.2017 | Messenachrichten

Weniger (Flug-)Lärm dank Mathematik

21.09.2017 | Physik Astronomie

In Zeiten des Klimawandels: Was die Farbe eines Sees über seinen Zustand verrät

21.09.2017 | Geowissenschaften