Internationale Photovoltaik-Konferenz in Bamberg: Bessere Kristalle sorgen für effizientere Solarzellen
Der Tenor: Die Fortschritte bei der Silizium-Kristallisation und den Kristalltrennprozessen führen zu einer weiteren Wirkungsgradsteigerung der Solarzellen und zu einer damit verbundenen Kostenreduktion bei der Erzeugung von Photovoltaik-Strom.
Eine klare Maßgabe für die Fertigungstechnologie über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg ist die Reduktion der Herstellungskosten bei erhöhtem Wirkungsgrad. Zu diesem Ziel können Kristallisation und Kristalltrennen einen wichtigen Beitrag leisten, da sie den Wirkungsgrad stark beeinflussen und zu etwa 15 – 20% in die Produktionskosten von Photovoltaik-Anlagen einfließen.
Nach Japan (2006), China (2007), Norwegen (2009), Taiwan (2010), USA (2011), Frankreich (2012) und Japan (2013) fand die Konferenz erstmalig in Deutschland statt. Unter der Schirmherrschaft der Deutschen Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung e.V. (DGKK) haben Dr. Christian Reimann vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen, Dr. Stephan Riepe vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg und Dr. Wolfram Miller vom Leibnitz-Institut für Kristallzüchtung IKZ in Berlin die CSSC-8 organisiert.
„High Performance Multi“ kann Wirkungsgrad von multikristallinen Silizium-Solarzellen gegenüber dem Standard um mehr als 0,5% absolut steigern
Ein fachlicher Schwerpunkt 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.
QuasiMono-Silizium ermöglicht Wirkungsgrade von mehr als 21 %
Noch höhere Wirkungsgrade – mit über 21 % vergleichbar mit nach dem Czochralski-Verfahren hergestelltem monokristallinen Standard-Silizium – wurden im industriellen Pilotmaßstab für so genanntes 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.
Dünnere Wafer dank Diamantdrahtsägen
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 so genannten 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.
Ein Höhepunkt der CSSC-8 war 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.
18.05.2015 | Quelle: Fraunhofer IISB | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH
