Mit der neuartigen Anlage untersuchten die Erlanger Wissenschaftler die chemische Stabilität der bei der Produktion von Solar-Silizium eingesetzten Tiegelmaterialien.
Ziel war die Verringerung des Verunreinigungseintrages bei der Herstellung von multikristallinen Siliziumkristallen. Die damit verbundene Verbesserung der elektrischen Materialeigenschaften eröffnet weiteres Potential zur Steigerung des Wirkungsgrades preisgünstiger Solarzellen.
Die industrielle Herstellung von multikristallinen Siliziumkristallen erfolgt durch kontrolliertes Erstarren einer Siliziumschmelze in einem Quarzguttiegel, der auf der Innenseite mit einer Siliziumnitrid-Beschichtung versehen ist. Diese wirkt unter anderem als Trennschicht zwischen Schmelze und Tiegel und verhindert ein Anhaften des Siliziums am Quarzguttiegel, was zu Rissen im abgekühlten Siliziumkristall führen würde.
Der Tiegel mit der Beschichtung stellt die größte Quelle für schädliche Verunreinigungen im Silizium dar. Diese Verunreinigungen werden während der Kristallisation kontinuierlich aus dem Tiegel-Beschichtungssystem in das Silizium eingetragen und lagern sich an Fehlern im Siliziumkristall an. Dadurch wird die Solarstrom-Ausbeute und somit der Wirkungsgrad der aus den verunreinigten Kristallen hergestellten Solarzellen gesenkt. Wenn die Beschichtung ihre chemische Stabilität gegenüber dem Silizium verliert, kann es aber nicht nur zu den beschriebenen Anhaftungen kommen. Zusätzlich können Kanäle für einen direkten Verunreinigungseintrag aus dem Tiegel entstehen, die das Kontaminationsniveau im Silizium weiter erhöhen.
In Zusammenarbeit mit den Verbundpartnern wurden unterschiedliche Kombinationen aus Tiegel- und Beschichtungsmaterialien zur Verfügung gestellt, in der neu entwickelten Laboranlage am Fraunhofer IISB getestet und in Hinblick auf den Verunreinigungseintrag in das Silizium durch die Verbundpartner erprobt. So haben die Untersuchungen gezeigt, dass sich durch eine Kombination aus einer sehr dünnen, aber hochreinen Beschichtung auf einem hochreinen Quarzglassubstrat ein reduzierter Verunreinigungseintrag in das Silizium erreichen lässt – bei gleichzeitiger Erhöhung der Stabilität gegenüber der Gasatmosphäre.
Die im Rahmen des SolarWinS-Projektes erzielten Ergebnisse zeigen ganz klar mögliche Zielrichtungen zur Vermeidung des Verunreinigungseintrages bei der industriellen Umsetzung auf.
Die Arbeiten am Fraunhofer IISB wurden im Verbundprojekt "SolarWinS" – "Solar-Forschungscluster zur Ermittlung des maximalen Wirkungsgradniveaus von multikristallinem Silicium" – durchgeführt, welches für drei Jahre durch das Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) gefördert wurde.
Weitere Informationen auf der Projekt-Homepage http://www.solarwins.de

17.12.2014 | Quelle: Fraunhofer IISB  | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH