Industrie und Forschung nehmen Silizium unter die LupeDie Fotovoltaik hat sich in den letzten zehn Jahren mit einem weltweiten jährlichen Marktwachstum von über 30 Prozent zu einer starken Industrie entwickelt. Mehr als 90 Prozent aller Solarzellen werden aus dem Halbleitermaterial Silizium hergestellt. Die deutsche Industrie nimmt sowohl in der Fertigung von Solarzellen als auch im Anlagenbau eine globale Spitzenstellung ein. Um diese zu festigen und weiter auszubauen haben sich zwölf Unternehmen der deutschen Fotovoltaik Industrie und zwölf Forschungspartner in dem Verbundprojekt „Solarsilizium-ForschungsCluster SolarFocus“ zusammen geschlossen.
Ziel des vom Bundesumweltministerium (BMU) geförderten Projekts ist ein vertieftes Verständnis des für die Solarzellenfertigung genutzten Siliziummaterials. Unter Berücksichtigung der Anforderungen der Industrie werden grundlegende Mechanismen in der Siliziumverarbeitung erforscht, die das Verhalten von Defekten im Material maßgeblich beeinflussen können.
Über eine Laufzeit von drei Jahren unterstützt das BMU die Arbeiten mit 4,1 Millionen Euro, die Industrie beteiligt sich mit weiteren 1,2 Millionen Euro sowie deutlich darüber liegenden Sachleistungen. Die beteiligten Unternehmen repräsentieren mit insgesamt mehr als 5.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern im Bereich der Fotovoltaik und einem kumulierten Jahresumsatz von 2,5 Milliarden Euro im Jahr 2006 den überwiegenden Teil der in Deutschland tätigen Fotovoltaik Industrie.
Drei Schwerpunkte umfasst das Projekt: Defektanalytik, Korrelationsuntersuchungen und „Defect Engineering“. Alle drei drehen sich um das Verständnis grundlegender Mechanismen bei der Siliziumkristallisation sowie bei der Weiterverarbeitung von Siliziumwafern zu Solarzellen unter industriellen Rahmenbedingungen. Als Ergebnis erwarten die Projektpartner innovative Ansätze zur verbesserten Herstellung von Siliziumwafern ebenso wie zur optimierten Herstellung von Solarzellen
Die Defektanalytik untersucht das derzeit für die Solarzellenproduktion verwendete Siliziummaterial. Zur Materialanalyse nutzen die Projektpartner dabei eine Vielzahl spezialisierter Methoden. Beispielsweise werden großflächige bildgebende Messverfahren wie die Elektrolumineszenz (EL) oder LightBeam-InducedCurrent(LBIC) mit lokalen Untersuchungen an Materialsegmenten wie der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) kombiniert und erlauben so das Identifizieren und Analysieren von Bereichen schlechter Materialqualität. Ergänzt man diese Verfahren durch weitere Untersuchungsmethoden wie der Analyse mittels Synchrotronstrahlung, so werden mikroskopische Einblicke in die chemische Zusammensetzung möglich und man kann die Defektstrukturen optimal charakterisieren.
Den zweiten Schwerpunkt bilden Korrelationsuntersuchungen. Hierbei ist geplant, Silizium während der Kristallisation gezielt mit Verunreinigungen zu versehen, die bei der industriellen Produktion eine Rolle spielen. Basierend auf dem Studium einzelner Verunreinigungen sollen insbesondere die Wechselwirkungen mehrerer gleichzeitig vorliegender Verunreinigungen erforscht werden. Dies geschieht mit den im Schwerpunkt Defektanalytik genutzten Verfahren.
Im dritten Schritt – Defect Engineering – wollen die Projektpartner schließlich die zuvor gewonnenen Erkenntnisse über das Zusammenwirken der Defekte in neue Ansätze für Kristallisation und Prozessierung von Silizium überführen. Als Ergebnis erwarten sie innovative Strategien, um in der Solarzellenproduktion elektrische Defekte effizienter vermeiden bzw. diese passivieren zu können.
Hauptziel des „SolarFocus“-Projekts ist die Steigerung des Solarzellenwirkungsgrads und damit die Kostensenkung der Solarzellenproduktion über die gesamte Wertschöpfungskette auf Basis des vertieften Verständnisses der Defekte im Silizium. Somit stehe das Projekt nicht zuletzt im Zeichen der vom Erneuerbaren Energien Gesetz geforderten Kostensenkungen über Innovation, so die Projektpartner.
Quelle: SOLARFOCUS, Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE