Kristallisationsprozess von Silizium – Bewegte Schmelze

Sie glitzern auf Dächern und Freiflächen – Solaranlagen auf Siliziumbasis scheinen die Kraftwerke der Zukunft zu sein. Doch sie sind immer noch zu teuer, was einem kommerziellen Durchbruch der Technologie im Wege steht. Mit rund 35 Cent pro Kilowattstunde ist Solarstrom derzeit etwa achtmal so teuer wie Strom aus fossilen Brennstoffen.

„Die Schmelz- und Kristallisationsprozesse des Siliziums machen allein vierzig Prozent der Herstellungskosten einer Solarzelle aus“, weiß Prof. Peter Rudolph vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlin-Adlershof. Dies liege zum einen an den hohen Energiekosten – Silizium schmilzt bei 1400 Grad Celsius – und zum anderen an den noch zu geringen Ausbeuten bei der Kristallisation. So lassen sich aus einem Kilo Rohsilizium nur 600 bis 700 Gramm multikristallines Silizium geeigneter Qualität gewinnen. Eine Erhöhung der Ausbeute würde den Preis des kristallinen Siliziums verringern, so Rudolph weiter.

Gemeinsam mit einem der führenden deutschen Hersteller von Silizium-Wafern für die Solarindustrie und weiteren Partnern wollen die Kristallzüchter deshalb eine Kristallisationsanlage in industriellem Maßstab entwickeln, in der die Ausbeute an verwertbarem Silizium gesteigert werden könnte. Erreichen wollen sie dies mit so genannten nichtstationären Magnetfeldern. Diese sorgen dafür, dass das noch flüssige Silizium ständig in Bewegung bleibt, so als würde man einen Kochtopf rühren. Das Verfahren hatten die Forscher in einem Vorläuferprojekt zur Herstellung von einkristallinen Halbleitermaterialien entwickelt und erfolgreich getestet. „Das durch die Magnetfelder 'gerührte' flüssige Silizium erstarrt dann kontrolliert in einer Richtung, meist von unten nach oben. Unter diesen Bedingungen wandern Verunreinigungen auf Grund von physikalischen Gesetzmäßigkeiten dichter an den Rand des Kristalls, als wenn die Schmelze in Ruhe wäre – die Ausbeute an sauberem Silizium steigt“, erläutert Rudolph. Was so einfach klingt, funktioniert jedoch nur unter streng kontrollierten und optimierten Bedingungen.

In einem von der TSB Technologiestiftung Berlin geförderten Verbund-Projekt mit dem Titel AvantSolar (Anlagen- und Verfahrensentwicklung sowie Absatz einer Neuen Technologie zur Kristallisation von Solarsilizium) wollen die Forscher gemeinsam mit Partnern aus Brandenburg diese Bedingungen untersuchen, neue technologische Schritte entwickeln und diese in einer entsprechenden Anlage umsetzen. Unterstützt werden sie dabei vom Berliner Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, das die Vorgänge mit Hilfe numerischer Modelle simuliert.

Die Unternehmenspartner STEREMAT Elektrowärme GmbH Berlin und die AUTEAM Industrie-Elektronik GmbH aus Fredersdorf-Vogelsdorf werden dann die Kristallisationsanlagen mit den erforderlichen Komponenten ausrüsten und die Technologie auf den Markt bringen. Daraus erhoffen sich die Unternehmen erheblich Umsätze, die dann auch bei den Instituten zu Lizenzeinnahmen führen werden. Weiter wirken die Leibniz Universität Hannover sowie das IHP-Institut für innovative Mikroelektronik Frankfurt/Oder im Unterauftrag des Konsortiums am Projekt mit

Die Förderung der Berliner Partner wurde von Kuratorium der Technologiestiftung am 9. Juli 2008 aus dem Zukunftsfonds Berlin bewilligt. Die Förderung beträgt 3,4 Millionen Euro und ist kofinanziert aus dem Europäischen Fonds für Regionalentwicklung (EFRE). Über 2 Millionen Euro steuern die Projektpartner aus eigenen Mitteln und aus Mitteln, die sie von einem großen deutschen Wafer-Hersteller eingeworben haben, bei. Damit umfasst das Vorhaben ein Projektvolumen von deutlich mehr als 5 Millionen Euro.

Aus einem Teil der Erträge aus der kommerziellen Verwertung der Ergebnisse sollen im Erfolgsfalle Rückzahlungen an den Zukunftsfonds erfolgen. Der Zukunftsfonds Berlin ist ein strategisches Instrument der Wirtschaftsförderung des Landes Berlin. Er fördert große Verbundprojekte, die dazu beitragen, Know-how der Berliner Forschung in die Anwendung durch Berliner Unternehmen zu bringen, damit aus den Kompetenzen der Berliner Forschungseinrichtungen langfristig mehr Umsatz und Arbeit in Berlin entstehen.

Kontakt:
Prof. Dr. Peter Rudolph Email: rudolph@ikz-berlin.de,
Tel. : +49-(0)30-6392 3034,
Dr.-Ing. Wolfgang Thieme, Projektmanager, Email: thieme@ikz-berlin.de,
Tel.: +49-(0)30-6392 3039