Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Weltraumexperiment verbessert Verständnis der Vorgänge bei der Produktion von Solarsilizium

27.01.2016

Am 23. Januar 2016 um 9:30 Uhr Mitteleuropäischer Zeit startete vom Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden die unbemannte Forschungsrakete TEXUS 53 in den Weltraum. Der zwanzigminütige Flug der 12,5 Meter hohen und 2,6 Tonnen schweren Rakete des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) ging auf eine Höhe von 259 Kilometern. Während des Fluges herrschte sechs Minuten lang Schwerlosigkeit. Forscher des Fraunhofer IISB und der Universität Freiburg nutzten diese Zeit, um auf der Rakete einen Siliziumkristall ohne Einfluss von Gravitation zu züchten.

Das Experiment mit der Kurzbezeichnung ParSiWal-II („Bestimmung der kritischen Einfanggeschwindigkeit von Partikeln bei der gerichteten Erstarrung von Solarsilizium im Weltall“) hilft dabei, die Herstellung von Siliziumkristallen für die Photovoltaik auf der Erde besser zu verstehen. Nach dem Flug von TEXUS 53 brachte ein Fallschirm die Nutzlasten wohlbehalten zum Boden zurück.


Siehe IPTC-Daten

Fraunhofer IISB

Um die industrielle Herstellung von Siliziumkristallen für die Photovoltaik unter terrestrischen Bedingungen besser zu verstehen, führten Forscher vom Fraunhofer IISB in Erlangen und von der Universität Freiburg auf der deutschen Forschungsrakete TEXUS 53 das Weltraumexperiment ParSiWal-II durch.

Das Experiment sollte klären, durch welche Mechanismen Siliziumnitrid-Partikel (Si3N4) bei der Kristallisation in den Siliziumkristall eingebaut werden. Diese Si3N4 wirken sich nämlich nachteilig auf die Eigenschaften des Siliziums aus. ParSiWal-II wird vom DLR-Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

Bei der Produktion von Silizium für die Photovoltaik spielen Partikel in Form von Siliziumkarbid (SiC) und Siliziumnitrid (Si3N4) eine große Rolle. Diese sind problematisch für die mechanische Bearbeitung und können den Wirkungsgrad von Solarzellen verschlechtern. In der industriellen Produktion muss deshalb der Einbau der Partikel in den Siliziumkristall vermieden werden.

SiC-Partikel entstehen während der Kristallisation in der Siliziumschmelze. Dabei wird der Kohlenstoff über die Gasphase in die Schmelze eingebracht. Si3N4-Partikel werden hingegen vor allem durch Erosion der standardmäßig eingesetzten Si3N4-Tiegel­beschichtung in die Schmelze eingetragen. Beide Partikelarten bewegen sich dann mit der Strömung durch das Schmelzvolumen und werden schließlich in den Festkörper eingebaut.

„Das Einbauverhalten von SiC-Partikeln bei der Siliziumkristallzüchtung konnten wir bereits erfolgreich auf der TEXUS 51-Mission im April 2015 untersuchen“, erläutert Dr. Christian Reimann, Leiter des ParSiWal-Projektes am Fraunhofer IISB. „In einem 8 mm dünnen Siliziumstab, in den zuvor SiC-Partikel eingebracht wurden, wurde mithilfe eines Spiegelofens in der Umgebung der Partikel eine flüssige Schmelzzone erzeugt.

Anschließend wurde der Siliziumstab mit verschiedenen Geschwindigkeiten in der Ofenanlage verfahren. Dadurch bewegte sich die Schmelzzone durch den Stab und somit auch die sich ausbildende Fest-Flüssig-Phasengrenze.“ Im Gegensatz zum Referenzexperiment auf der Erde wurden die SiC-Partikel im Weltraumexperiment bei deutlich geringeren Wachstumsgeschwindigkeiten in den Kristall eingebaut.

Das liegt daran, dass unter Schwerelosigkeit strömungsbedingte Kräfte fehlen, die die Partikel von der Phasengrenze wegbewegen. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass auf der Erde in der industriellen Produktion der Einbau von SiC-Partikeln in den Siliziumkristall durch gezieltes Rühren der Siliziumschmelze minimiert werden kann.

In der TEXUS 53-Mission wurde jetzt das Einbauverhalten von Si3N4-Partikeln untersucht. Diese unterscheiden sich von SiC bezüglich ihrer Morphologie und in ihrem Benetzungsverhalten. Während die benetzenden SiC-Partikel isometrisch sind, liegt Si3N4 eher nadelförmig vor und verhält sich je nach Verunreinigungsgehalt nicht benetzend.

„Aus theoretischen Modellen ist bekannt, dass beide Größen – also Morphologie und Benetzungsverhalten – die Kräfte, die auf Partikel in der Schmelze vor der Phasengrenze wirken, beeinflussen. Mit dem neuen Weltraumexperiment können wir untersuchen, ob die existierenden Theorien diese Unterschiede richtig wiedergeben oder ob sie um bislang noch nicht berücksichtigte physikalische Effekte erweitert werden müssen“, so Dr. Reimann.

Die Auswertung des Experimentes erfolgt in den nächsten Monaten nach der Rückkehr der Probe zum Fraunhofer IISB. Im Labor lässt sich zum Beispiel exakt die Partikelverteilung im Siliziumstab bestimmen und die existierenden Theorien können auf ihre Gültigkeit überprüft werden.

ParSiWal setzt die lange Tradition der Erlanger Weltraumexperimente auf dem Gebiet der Kristallzüchtung fort. So züchteten Erlanger Forscher bereits auf früheren Raketenflügen (1984, 1988, 1989, 1992, 2015) und sogar auf dem Space Shuttle (1983, 1985, 1993) technische Kristalle.

Zudem hat die am Fraunhofer IISB entwickelte Software CrysMAS® vor etwa 10 Jahren ein aufwendiges Qualifizierungsverfahren bei der Europäischen Raumfahrtagentur ESA bestanden. Seitdem wird das Programm CrysMAS®, das Temperaturverteilungen in Ofenanlagen berechnet, von Experimentatoren aus ganz Europa erfolgreich eingesetzt, um materialwissenschaftliche Experimente auf der Internationalen Raumstation ISS zu unterstützen.

Die Projekte ParSiWal und ParSiWal II wurden vom DLR-Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) gefördert.

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

Das Bildmaterial zur redaktionellen Verwendung finden Sie unter www.iisb.fraunhofer.de

Fraunhofer IISB
Das 1985 gegründete Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnol-gie 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 230 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.iisb.fraunhofer.de Homepage Fraunhofer IISB
http://www.iisb.fraunhofer.de/presse Pressemeldungen Fraunhofer IISB

Kommunikation | Fraunhofer-Gesellschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Geräteschutzschalter erfüllt NEC Class 2
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Elektronikgehäuse für Anzeigeeinheiten
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

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: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften