Photovoltaik-Forschung: Fraunhofer IISB arbeitet an kostengünstigen Hochwirkungsgrad-Solarzellen mit hochwertigem n-Typ- Blocksilizium

Im Projekt HENSi werden die n-Typ-Siliziumkristalle nicht mit dem Czochralski-Verfahren, sondern mit dem kostengünstigeren Verfahren der gerichteten Erstarrung hergestellt. Dabei wird das Ausgangsmaterial in einem Tiegel aufgeschmolzen und anschließend durch kontrollierte Wärmeabfuhr kristallin erstarrt.

Forscher wollen materialbedingte Probleme bei der gerichteten Erstarrung lösen
Die so hergestellten Silizium-kristalle sind verfahrensbedingt multikristallin und enthalten Kristallfehler, die bislang verhindern, dass aus diesem Material n-Typ- Solarzellen mit höchsten Wirkungsgraden gefertigt werden können. Zum anderen variiert auch bei der gerichteten Erstarrung von Phosphor-dotiertem Silizium der elektrische Widerstand im Kristallmaterial.
Im Rahmen von HENSi sollen diese materialbedingten Probleme bei der gerichteten Erstarrung überwunden werden. Dazu wurde am Fraunhofer IISB in Erlangen eine spezielle FuE-Kristallisationsanlage installiert. Die für Temperaturen von bis zu 1.800 °C ausgelegte Anlage wurde nach eigenen Vorgaben entwickelt.

Kristallisationsvorgänge werden gezielt beeinflusst und optimiert
Der Kristallzüchtungsofen kann flexibel für unterschiedliche FuE-Aufgaben im Rahmen der Materialoptimierung und Kostenreduktion in den Bereichen Energieerzeugung, Umwandlung und Speicherung eingesetzt werden. In der Anlage lassen sich im Technikums-Maßstab bis zu 30 kg schwere Kristalle im sogenannten G1-Format züchten.
Durch eine entsprechende Aktuatorik und Sensorik werden die Kristallisationsvorgänge gezielt beeinflusst und optimiert, z.B. hinsichtlich Gefügestruktur und Fremdphasenbildung. Aus den G1-Kristallen können Wafer in der Industriedimension von 156 mm x 156 mm geschnitten werden. Speziell im Projekt HENSi werden diese Wafer von den Projektpartnern eingesetzt, um die Herstellungsprozesse für Hocheffizienzsolarzellen auf n-Typ-Material weiter zu entwickeln.

High-end-Solarzellen im Vormarsch
Gelingt es den Forschern, die Defektdichte des gerichtet erstarrten n-Typ-Siliziummaterials deutlich zu senken und gleichzeitig den elektrischen Widerstand homogen einzustellen, sind wichtige Voraussetzungen geschaffen, um in Zukunft kostengünstige Hochleistungssolarzellen herzustellen, betont das Fraunhofer IISB.
„Aufgrund der materialspezifischen Vorteile bilden n-Typ-Solarzellen die Grundlage für die meisten der zur Zeit weltweit in Entwicklung befindlichen Konzepte für High-end-Solarzellen“, erklärt Dr. Jochen Friedrich, Leiter der Abteilung Kristallzüchtung am Fraunhofer IISB in Erlangen.

Kosten und Qualität gewinnen an Bedeutung
„Der Marktanteil der n-Typ-Solarzellen ist heute noch sehr gering, soll aber gemäß diverser Roadmaps schon in den nächsten Jahren stark ansteigen. Vor diesem Hintergrund gewinnt die kostengünstigere Herstellung von n-Typ-Material höchster Qualität auch eine strategische Bedeutung.“

11.04.2013 | Quelle: Fraunhofer IISB | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH