Umweltfreundliche Herstellung von solartauglichem Silikon

Mit der Entwicklung eines zweistufigen Hochtemperaturprozesses, der den Wettbewerbspreis für den Markt verbessert, wurde ein neues Verfahren zur Herstellung von SOLar Grade SILicon at low Cost (SOLSILC), d.h. kostengünstigem solartauglichen Silikon, eingeführt.

Hauptziel des Projekts war die Herstellung von kommerziellem solartauglichen Silikon mit einem Marktpreis von unter 20 Euro pro Kilogramm. Darin eingeschlossen war die Überprüfung, die Verarbeitung und die Effizienzeinschätzung von SOLSILC-Zellen sowie die Bewertung und Untersuchung der relevanten technischen, umweltspezifischen und ökonomischen Aspekte. Das entscheidende Ziel bestand letztlich in der Bedienung einer Pilotdemonstration zur Herstellung von solartauglichem Silikon mit einer Menge von 5000 Tonnen pro Jahr, um damit einen wettbewerbsfähigen Marktpreis zu erzielen.

Dieser zweistufige Hochtemperaturprozess produziert Silikonmetall aus hochreinem Quartz und reinem schwarzem Kohlenstoff mit Silionkarbid als Zwischenprodukt. Der Prozess beginnt in einem Drehplasmahochofen, in dem Quartzkugeln und schwarzer Kohlenstoff zu Silikonkarbid reagieren. Der zweite Hochofen ist ein elektrischer Lichtbogenofen, in dem die Silikonverbindung aus der Reaktion von Quartz und Silikonkarbid gebildet wird.

Die mit Kohlenstoff gesättigte Silikonverbindung wird durch eine Kombination aus drei Reinigungsprozessen von mehreren Hundert ppmw auf 2-5ppmw gesenkt. Im ersten Prozess erfolgt eine kontrollierte SiC-Ausfällung, gefolgt von der Reinigung der gasförmigen Oxydationen und schließlich der gerichteten Verfestigung. Außerdem wurden einzelne Tests der verschiedenen Reinigungsmethoden mit dem solartauglichen Silikon durchgeführt und ihre Wirkungskraft demonstriert.

Die minimalen technischen Angaben von solartauglichem Silikon wurden weiterhin aus der chemischen Analyse der kommerziell erhältlichen PV-Scheiben abgeleitet. Außerdem wurde die chemische Zusammensetzung von SOLSILC-Silikon geschätzt. Zusätzlich wurde die Zelltoleranzleistung für bestimmte Verunreinigungen untersucht. Die Endergebnisse verdeutlichen die Chance einer guten Zellleistung für Scheiben, die aus SOLSILC-Silikon hergestellt sind.

Schließlich beurteilte das Projekt die Auswirkungen des SOLSILC-Prozesses auf die Umwelt mit den Auswirkungen der Produktionstechniken für solartaugliches Silikon. Es hat sich herausgestellt, dass dieser Prozess wegen der Verfügbarkeit der Ressourcen, dem Energieverbrauch und den Sicherheits- und Abgasnormen wahrscheinlich einer der umweltfreundlichsten Herstellungsprozesse überhaupt ist.

Kontakt:

Dr. G. Paul Wyers
ECN Solar Energy
Manager Advanced Crystalline Silicon PV Technology
PO Box 1, 1755ZG Petten, Niederlande
Tel: +31/224-564407, Fax: -568214
Email: wyers@ecn.nl