Anfangs Mai trafen sich rund 140 internationale
Experten aus Industrie und Wissenschaft zur 8. Auflage der
internationalen Konferenz „Crystalline Silicon for Solar Cells - CSSC“
in der Weltkulturerbestadt Bamberg. Der Tenor: Die Fortschritte im
Bereich der Siliziumkristallisation und der Kristalltrennprozesse führen
zu einer weiteren Wirkungsgradsteigerung der Solarzellen und zu einer
damit verbundenen Kostenreduktion bei der Erzeugung von
Photovoltaik-(PV)-Strom.
Heutzutage werden Solarzellen zu mehr als 80% aus dem
Halbleitermaterial Silizium gefertigt. Dazu wird zunächst reiner
Siliziumrohstoff mittels verschiedener Kristallisationstechnologien zu
einem hochwertigen Kristall und anschließend über einen mechanischen
Trennprozess zu Scheiben, so genannte Wafer, weiter veredelt. Die aus
den Wafern gefertigten Solarzellen zeigen aktuell eine typische
Zelleffizienz im Bereich von 17 - 22%, mit der die Sonnenenergie in
elektrischen Strom umgewandelt wird. Eine klare Maßgabe für die
Fertigungstechnologie über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg ist
die Reduktion der Herstellungskosten bei erhöhtem Wirkungsgrad. Zu
diesem Ziel können die Bereiche Kristallisation und Kristalltrennen
einen wichtigen Beitrag leisten, da sie den Wirkungsgrad stark
beeinflussen und zu etwa 15 - 20% in die Produktionskosten von
Photovoltaikanlagen einfließen.
Ein fachlicher Schwerpunkt der Konferenz waren die aktuellen Entwicklungen im Bereich des sogenannten High Performance Multi (HPM). HPM ist ein Silizium-Material, bei welchem zu Kristallisationsbeginn ein sehr feinkörniges Gefüge eingestellt wird. Dieses feinkörnige Gefüge sorgt im Siliziumkristall für einen geringen Anteil an für den Wirkungsgrad besonders schädlichen Versetzungsclustern. Dadurch kann bei multikristallinem Silizium die Effizienz gegenüber dem Standard um mehr als 0,5% absolut gesteigert werden. Auf der CSSC-8 wurde gezeigt, wie sich das kleinkörnige Gefüge prozesstechnisch kostengünstig realisieren lässt.
Noch höhere Wirkungsgrade – mit über 21% vergleichbar mit nach dem Czochralski-Verfahren hergestelltem monokristallinen Standard-Silizium – wurden im industriellen Pilotmaßstab für sogenanntes QuasiMono-Silizium demonstriert. Bei QuasiMono erfolgt die Kristallisation auf einkristallinen Siliziumsubstraten. Hier werden Entwicklungen vorangetrieben, um im Industriemaßstab wirkungsgradlimitierende Kristallfehler reproduzierbar zu reduzieren und die Kosten für dieses Verfahren weiter zu senken. In der Serienfertigung erlaubt nach wie vor das Czochralski-Silizium die höchsten Wirkungsgrade. Dieses Material enthält jedoch verfahrensbedingt relativ viel Sauerstoff. Deshalb wird an alternativen, so genannten tiegelfreien Kristallzüchtungsverfahren geforscht, die perspektivisch die kostengünstige Herstellung von einkristallinem, versetzungsfreiem und sauerstoffarmem Silizium ermöglichen.
Eine wesentliche Kostenreduktion kann auch im Kristalltrennprozess erreicht werden. Hier werden große Anstrengungen unternommen, um von der Schleifmittel-basierten Sägetechnologie auf Diamantdrahtsägen umzustellen. Letzteres ermöglicht es, die Kristalle schneller und mit weniger Materialverlusten in Wafer zu vereinzeln, die künftig weniger als 100 µm dünn sind. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Reduktion der Herstellungskosten der mit Diamantkörnern besetzten Sägedrähte erzielt. Perspektivisch könnte vielleicht sogar ganz auf das Sägen verzichtet werden, wenn sich eine der sogenannten Kerfless-Techniken durchsetzt, bei denen die Wafer gleich in der geforderten Dicke hergestellt werden. Trotz beachtlicher Fortschritte in diesem Bereich wird es jedoch noch einige Jahre dauern, bis diese Techniken in der Großserienfertigung zum Einsatz kommen.
Einen Höhepunkt der CSSC-8 bildete die Verleihung des Ulrich-Gösele-Young-Scientist-Awards. Der diesjährige Preisgewinner, Dr. Bing Gao von der Kyushu Universität in Japan, hat sich mit der numerischen Berechnung von Siliziumkristallisationsprozessen beschäftigt. Seine herausragenden wissenschaftlichen Ergebnisse führten in Japan bereits zur Umsetzung einer speziellen Variante der QuasiMono-Technologie im Forschungsmaßstab.
Quelle: Fraunhofer Institut IISB
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Ein fachlicher Schwerpunkt der Konferenz waren die aktuellen Entwicklungen im Bereich des sogenannten High Performance Multi (HPM). HPM ist ein Silizium-Material, bei welchem zu Kristallisationsbeginn ein sehr feinkörniges Gefüge eingestellt wird. Dieses feinkörnige Gefüge sorgt im Siliziumkristall für einen geringen Anteil an für den Wirkungsgrad besonders schädlichen Versetzungsclustern. Dadurch kann bei multikristallinem Silizium die Effizienz gegenüber dem Standard um mehr als 0,5% absolut gesteigert werden. Auf der CSSC-8 wurde gezeigt, wie sich das kleinkörnige Gefüge prozesstechnisch kostengünstig realisieren lässt.
Noch höhere Wirkungsgrade – mit über 21% vergleichbar mit nach dem Czochralski-Verfahren hergestelltem monokristallinen Standard-Silizium – wurden im industriellen Pilotmaßstab für sogenanntes QuasiMono-Silizium demonstriert. Bei QuasiMono erfolgt die Kristallisation auf einkristallinen Siliziumsubstraten. Hier werden Entwicklungen vorangetrieben, um im Industriemaßstab wirkungsgradlimitierende Kristallfehler reproduzierbar zu reduzieren und die Kosten für dieses Verfahren weiter zu senken. In der Serienfertigung erlaubt nach wie vor das Czochralski-Silizium die höchsten Wirkungsgrade. Dieses Material enthält jedoch verfahrensbedingt relativ viel Sauerstoff. Deshalb wird an alternativen, so genannten tiegelfreien Kristallzüchtungsverfahren geforscht, die perspektivisch die kostengünstige Herstellung von einkristallinem, versetzungsfreiem und sauerstoffarmem Silizium ermöglichen.
Eine wesentliche Kostenreduktion kann auch im Kristalltrennprozess erreicht werden. Hier werden große Anstrengungen unternommen, um von der Schleifmittel-basierten Sägetechnologie auf Diamantdrahtsägen umzustellen. Letzteres ermöglicht es, die Kristalle schneller und mit weniger Materialverlusten in Wafer zu vereinzeln, die künftig weniger als 100 µm dünn sind. In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Reduktion der Herstellungskosten der mit Diamantkörnern besetzten Sägedrähte erzielt. Perspektivisch könnte vielleicht sogar ganz auf das Sägen verzichtet werden, wenn sich eine der sogenannten Kerfless-Techniken durchsetzt, bei denen die Wafer gleich in der geforderten Dicke hergestellt werden. Trotz beachtlicher Fortschritte in diesem Bereich wird es jedoch noch einige Jahre dauern, bis diese Techniken in der Großserienfertigung zum Einsatz kommen.
Einen Höhepunkt der CSSC-8 bildete die Verleihung des Ulrich-Gösele-Young-Scientist-Awards. Der diesjährige Preisgewinner, Dr. Bing Gao von der Kyushu Universität in Japan, hat sich mit der numerischen Berechnung von Siliziumkristallisationsprozessen beschäftigt. Seine herausragenden wissenschaftlichen Ergebnisse führten in Japan bereits zur Umsetzung einer speziellen Variante der QuasiMono-Technologie im Forschungsmaßstab.
Quelle: Fraunhofer Institut IISB
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