Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verbundprojekt »SolarWinS« lotet Wirkungsgrad-Potenzial von multikristallinen Silicium-Solarzellen aus

03.06.2011
Erste multikristalline Blöcke am Fraunhofer ISE kristallisiert

Mehr als vier von zehn Solarzellen bestehen heute aus multikristallinem Silicium. Dieses Material ist vergleichsweise preiswert, jedoch lassen sich mit gegenwärtig industriell hergestellten multikristallinen Solarzellen nur etwa 17 % der einfallenden Sonnenstrahlung in elektrische Leistung umwandeln. Weitere 40 % aller in Modulen verbauten Solarzellen werden aus monokristallinem Silicium hergestellt. Sie erreichen zwar einen höheren Wirkungsgrad von etwa 19 %, verursachen aber während der Kristallzüchtung höhere Kosten. Mit welchem dieser beiden Materialien in Zukunft kostengünstiger Energie erzeugt werden kann, ist gegenwärtig noch offen. Um die Forschung in diesen Bereichen voranzutreiben, haben sich elf Firmen und 13 Forschungsinstitute im Verbundprojekt SolarWinS (Solar-Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silicium) zusammengeschlossen. In den kommenden drei Jahren wird der durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) geförderte Forschungsverbund das Wirkungsgrad-Potenzial von multikristallinem Silicium im Vergleich zu monokristallinem Silicium ausloten.


Am SIMTEC des Fraunhofer ISE mittels der »Vertical Gradient Freeze«-Technik hergestellter multikristalliner Siliciumblock von etwa 13 kg. Die Seitenlänge beträgt ca. 22 cm, woraus sich eine einzelne Säule vom Format 156 x 156 mm2 sägen lässt. ©Fraunhofer ISE


Kristallisationsanlage zur Herstellung von multikristallinen Siliciumblöcken. ©Fraunhofer ISE

Hochreine Blockpräparation gestartet
Die physikalischen Grenzen für Solarzellen aus hochreinem, monokristallinem Silicium sind im Prinzip bekannt. Daher konzentrieren sich die beteiligten Forscher zunächst auf die Analyse und Optimierung des multikristallinen Materials: Bei der Herstellung von Blöcken aus multikristallinem Silicium entstehen häufig Kristalldefekte, an die sich Verunreinigungen anlagern, dadurch wird die Stromausbeute und somit der Wirkungsgrad gesenkt. Die Verunreinigungen stammen in der Regel nicht aus dem heutzutage hochreinen Silicium-Rohstoff, sondern werden während der Kristallisation kontinuierlich aus dem Ofen und dem Tiegelsystem eingetragen. In einem ersten Schritt soll daher die Kontamination während der Blockherstellung am Silicium Material Technologie und Evaluationscenter (SIMTEC) des Fraunhofer ISE in Freiburg und am Institut für Kristallzüchtung IKZ in Berlin kontrolliert und systematisch verringert werden. »Die heute benutzten Tiegel und Beschichtungen reichen für unsere Ziele nicht aus, weil sie eine vergleichsweise geringe Reinheit haben. Die Herausforderung besteht für uns darin, Silicium-Blöcke mit sehr hoher Kristallqualität in Tiegeln und Beschichtungen von hoher Reinheit und eventuell aus ganz anderen Materialien als heute üblich herzustellen«, so Dr. Stephan Riepe, Teamleiter am SIMTEC. Erste Blöcke werden hier gegenwärtig fertig gestellt.

Die Auswirkungen auf die Materialeigenschaften werden anschließend durch die weiteren Verbundpartner im Detail untersucht. Als »Nagelprobe« werden aus den Siliciumscheiben in den Reinraumlabors des Fraunhofer ISE, der Universität Konstanz und des Instituts für Solarenergieforschung Hameln Hocheffizienz-Solarzellen gefertigt, die Aufschluss über den unter optimalen Bedingungen erreichbaren Wirkungsgrad geben. Ferner verfolgen die Forscher das Ziel, grundlegende Parameter während der Kristallzüchtung zu messen. Diese sollen in rechnergestützte Modellierungen einfließen und so eine detaillierte Beschreibung der physikalischen Vorgänge während der Blockherstellung ermöglichen.

Gerüstet für die Zukunft
Sollten die Ergebnisse des Verbundprojekts zeigen, dass multikristallines Silicium im Prinzip keinen anderen Limitierungen unterliegt als sein monokristallines Pendant, sollte es mittelfristig möglich sein, multikristalline Solarzellen mit einer Leistungsausbeute herzustellen, die der von monokristallinen Zellen vergleichbar ist. Dieses Ergebnis hätte große Auswirkungen auf die PV-Industrie, wie Dr. Kai Petter, Projektleiter des Verbundpartners Q-Cells SE, erläutert: »Wir erhoffen uns durch dieses Projekt Informationen über den zukünftigen Weg der Photovoltaik. Die strategische Entscheidung, den Schwerpunkt von Entwicklung und Produktion auf mono- oder multikristallines Silicium zu legen, ist von bedeutender Wichtigkeit für Investitionen und damit die langfristige Ausrichtung und Wettbewerbsfähigkeit der beteiligten Unternehmen.«
Weitere Informationen sowie eine Liste aller beteiligten Institute und Unternehmen finden Sie auf der Projekthomepage www.solarwins.de.

Dr. Wilhelm Warta | Fraunhofer ISE
Weitere Informationen:
http://www.solarwins.de
http://www.ise.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum
07.12.2016 | Technische Universität Graz

nachricht Bioabbaubare Polymer-Beschichtung für Implantate
06.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie