Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Veredelte Siliziumstrukturen für kostengünstigere Produktion von Solarzellen

07.06.2004


Am IKZ laufen Experimente, um Solarzellen billiger als bisher herstellen zu können

... mehr zu:
»IKZ »Silizium »Solarzelle »Wafer »Wirkungsgrad

Der Ölpreis steigt auf Rekordniveau, Experten befürchten schon Gefahren für die Weltwirtschaft. Da wird der Ruf nach erneuerbaren Energien wieder lauter. Die Photovoltaik gehört dazu. Doch es gibt ein großes Problem bei der Erzeugung von elektrischem Strom aus Sonnenlicht: das Kosten-Leistungs-Verhältnis. Daher streben Unternehmen und Wissenschaftler danach, den Wirkungsgrad zu erhöhen oder die Solarzellen günstiger herzustellen. Am Berliner Institut für Kristallzüchtung laufen hierzu mehrere Projekte. Einer der verantwortlichen Wissenschaftler dafür ist Dr. Helge Riemann, Experte für Silizium.

Das Halbleitermaterial Silizium ist der wichtigste Baustoff für die Elektronik ebenso wie für Solarzellen. Seine chemischen und physikalischen Eigenschaften führen dazu, dass eindringendes Licht so genannte Ladungsträgerpaare – negative Elektronen und positive „Löcher“ – erzeugt. Die Sonnenstrahlen werden also in elektrische Energie umgewandelt. „Silizium-Solarzellen als Massenprodukt haben einen typischen Wirkungsgrad von 14 bis 16 Prozent“, sagt Riemann. Die meisten Solarzellen aus Silizium sind polykristallin, sie bestehen aus vielen Kristallen.


Es wurden aber auch schon Wirkungsgrade von 23 bis 24 Prozent erreicht. „In Japan sogar für Solarzellen aus der Serienfertigung“, betont Riemann. Die Steigerung um fünfzig Prozent erfordert jedoch eine fast perfekte Kristallstruktur. Solche „Einkristalle“ sind hoch rein und bieten mehr Ausbeute. Sie sind allerdings auch weitaus teurer als herkömmliches Solar-Silizium.

Woran arbeiten nun Riemann und seine Kollegen am IKZ? „Wir wollen kostengünstigere Solarzellen ermöglichen“, sagt Riemann. Dabei verfolgt man am IKZ mehrere Ansätze. Zum einen arbeiten die Wissenschaftler daran, blockförmiges Silizium herzustellen. Bislang sind die meisten gezüchteten Kristalle – ob poly- oder einkristallin – rund. Man spricht von Stäben. Der Durchmesser hoch reiner Kristalle beträgt maximal 200 Millimeter; „das ist aber schon Weltrekord“, sagt Riemann. Aus diesen Stäben können runde Scheiben gesägt werden, die Wafer. Das Problem: Diese Wafer müssen große Solar-Panels ausfüllen, also in eine eckige Form geschnitten werden. Das gibt viel Abfall.

Besser wäre es, gleich viereckige Wafer aus Silizium zu erzeugen. Geschmolzenes Silizium einfach in eine rechteckige Form zu gießen, geht nicht gut. Silizium ist nämlich extrem reaktionsfreudig und verbindet sich mit nahezu allen bekannten Materialien. Riemann formuliert es salopp: „Das Zeug klebt an allem fest.“ Will man den gegossenen Block lösen, zerbricht entweder die Form oder der Block. „Meistens beides“, sagt der Forscher.

Daher wählen die IKZ-Experten einen anderen Weg. Sie versuchen, ohne Gussform Blöcke herzustellen. Eine bekannte berührungsfreie Methode heißt Floating-Zone- Verfahren (kurz: FZ-Verfahren) und ist Standard für runde Kristalle. „Wir versuchen herauszufinden, wie man den Querschnitt eines Silizium-Stabes im FZ-Prozess so verformen kann, dass für quadratische Wafer weniger Abfall und Ausschuss anfällt“, berichtet Riemann, „Das Material besser auszunutzen ist selbst dann noch interessant, wenn es nur polykristallin wächst und der Wirkungsgrad der Zelle sinkt.“

Ein zweiter Ansatz ist es, FZ-Einkristalle billiger als bisher herzustellen. In Zusammenarbeit mit einer dänischen Firma arbeitet das IKZ daran, aus quasi minderwertigem Rohmaterial vergleichsweise reine Kristalle zu ziehen. Zugleich untersuchen Riemann und Kollegen, ob man den Herstellungsprozess dabei beschleunigen kann. Eine höhere Geschwindigkeit bei der Kristallerzeugung führt zwar meist zu mehr Strukturdefekten, doch gewisse Abstriche sind hinnehmbar: „Die Kristalle haben dann schlechtere elektronische Eigenschaften, aber wir wollen sie ja gar nicht in der Elektronik einsetzen“, sagt Riemann. Ziel des Kooperationsprojekts sei es vielmehr, die photovoltaische Qualität zu steigern und das Wachstum zu beschleunigen. „Bisher wurden lediglich Teststrukturen erzeugt“, berichtet der Wissenschaftler, „aber in einer groben Abschätzung kann man von Wirkungsgraden über 20 Prozent ausgehen.“

Ein weiteres, drittes Projekt am IKZ beschäftigt sich sozusagen mit der Veredelung von billigem „metallurgischem“ Silizium. Die Wissenschaftler ziehen Teststäbe aus einem Schmelztiegel. „Nach ersten Erfahrungen sind Einkristalle da nicht ausgeschlossen“, sagt Riemann – das wäre dann ein riesiger Sprung im Qualitäts-Kostenverhältnis.

Dr. Helge Riemann | Forschungsverbund Berlin e.V.
Weitere Informationen:
http://www.fv-berlin.de

Weitere Berichte zu: IKZ Silizium Solarzelle Wafer Wirkungsgrad

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon
21.02.2018 | Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V.

nachricht Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?
20.02.2018 | Hohenstein Institute

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics