Mehr als 90 Prozent aller Solarzellen bestehen aus dem Halbleitermaterial Silicium. Der Engpass in der Produktion von hochreinem Silicium hat zu vielen Aktivitäten rund um dieses Ausgangsmaterial geführt.
Mit Silicium-,Feedstock' befüllter Tiegel vor der Kristallisation. Foto:Fraunhofer ISE
Neben der Erweiterung der Produktionskapazitäten seitens der Industrie gehen auch Solarzellenhersteller und Forschung vermehrt neue Wege in der Nutzung und Optimierung des Materials. Vor diesem Hintergrund verstärkt das Fraunhofer ISE seine Aktivitäten auf dem Gebiet der Materialforschung. Ergänzt durch das neue Labor SIMTEC – Silicium Material Technologie und Evaluationscenter bedient das Institut jetzt sämtliche Prozessschritte der solaren Wertschöpfungskette – vom Material bis zum Modul – mit angewandter Forschung.
Die neue Einrichtung SIMTEC widmet sich der Silicium- Kristallisation und der Wafertechnologie sowie der kristallinen Silicium-Dünnschichttechnologie. Dabei reicht die Bandbreite von der Arbeit mit verschiedenen Ausgangsformen des Siliciummaterials über die Kristallisation von multikristallinem
Silicium, Blocksägen und Wafering bis hin zur Epitaxie von kristallinem Silicium für Dünnschicht-Waferäquivalente – einer neuen Technologie im Bereich der Photovoltaik.
»Auf dem langen Weg vom Rohsilicium bis zum fertigen Solarmodul stellt die Kristallisation von Siliciumblöcken einen zentralen Arbeitsschritt dar«, so Dr. Stefan Reber, der am Fraunhofer ISE die Gruppe Kristalline Silicium-Materialien und Dünnschichtsolarzellen leitet, »hier werden quasi die reichen für den Wirkungsgrad einer Solarzelle gestellt. Mit SIMTEC verfügen wir jetzt über die notwendige Ausstattung, um intensiv die heutigen und zukünftigen Themen auf der Freiburg, Materialseite zu bearbeiten«. Hierzu zählt auch die Betrachtung des kostengünstigen metallurgischen Siliciums, um dieses – nach Reduzierung seiner metallischen Verunreinigungen – für die Produktion von Solarzellen einsetzen zu können. Neben der Kristallisation und dem Sägen von Wafern befassen sich die Freiburger Forscher im SIMTEC ebenfalls mit kristalliner Silicium-Dünnschichttechnologie. Diese verspricht einen Brückenschlag zwischen den hohen Wirkungsgraden der herkömmlichen Wafertechnologie und den geringen Materialverbräuchen der Dünnschichttechnologie, bei deutlich niedrigeren Herstellkosten. »Im neuen, 600 m2 großen Labor des SIMTEC können wir den zentral erforderlichen Prozess dieser Technologie, die kristalline Silicium-Abscheidung, in allen Aspekten bis hin zur Produktionstauglichkeit untersuchen und optimieren.« Dadurch will die Arbeitsgruppe um Stefan Reber die Marktreife der Technologie, nach fast zwei Jahrzehnten Forschung und Entwicklung, in den nächsten beiden Jahren erreichen.
Die Einrichtung des neuen Labors SIMTEC wird vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) unterstützt. Die Projektarbeiten werden aus Mitteln der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert.