Bewegte Magnetfelder für bessere Solarzellen

Noch sind Photovoltaikanlagen relativ teuer. Forscher wollen jetzt jedoch den Kristallisationsprozess von Silizium mithilfe nichtstationärer Magnetfelder verbessern. Dadurch könnte der Rohstoff für Solaranlagen deutlich billiger werden.

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Sie glitzern auf Dächern und Freiflächen – Solaranlagen auf Siliziumbasis scheinen die Kraftwerke der Zukunft zu sein. Doch sie sind immer noch zu teuer, was einem kommerziellen Durchbruch der Technologie im Wege steht. Mit rund 35 Cent pro Kilowattstunde ist Solarstrom derzeit etwa achtmal so teuer wie Strom aus fossilen Brennstoffen.

„Die Schmelz- und Kristallisationsprozesse des Siliziums machen allein vierzig Prozent der Herstellungskosten einer Solarzelle aus“, erklärt Professor Peter Rudolph vom Leibniz-Institut für Kristallzüchtung in Berlin-Adlershof. Dies liege zum einen an den hohen Energiekosten – Silizium schmilzt bei 1400 Grad Celsius – und zum anderen an den noch zu geringen Ausbeuten bei der Kristallisation.So lassen sich aus einem Kilo Rohsilizium nur 600 bis 700 Gramm multikristallines Silizium geeigneter Qualität gewinnen. Eine Erhöhung der Ausbeute würde den Preis des kristallinen Siliziums verringern, so Rudolph weiter.

Magnetfelder kontrollieren Erstarrung

Gemeinsam mit einem der führenden deutschen Hersteller von Silizium- Wafern für die Solarindustrie und weiteren Partnern wollen die Kristallzüchter deshalb eine Kristallisationsanlage in industriellem Maßstab entwickeln, in der die Ausbeute an verwertbarem Silizium gesteigert werden könnte. Erreichen wollen sie dies mit so genannten nichtstationären Magnetfeldern. Diese sorgen dafür, dass das noch flüssige Silizium ständig in Bewegung bleibt, so als würde man einen Kochtopf rühren. Das Verfahren hatten die Forscher in einem Vorläuferprojekt zur Herstellung von einkristallinen Halbleitermaterialien entwickelt und erfolgreich getestet.

„Das durch die Magnetfelder ‚gerührte‘ flüssige Silizium erstarrt dann kontrolliert in einer Richtung, meist von unten nach oben. Unter diesen Bedingungen wandern Verunreinigungen auf Grund

von physikalischen Gesetzmäßigkeiten dichter an den Rand des Kristalls, als wenn die Schmelze in Ruhe wäre – die Ausbeute an sauberem Silizium steigt“, erläutert Rudolph. Was so einfach klingt, funktioniert jedoch nur unter streng kontrollierten und optimierten Bedingungen.

Kooperation mehrerer Partner

In einem von der TSB Technologiestiftung Berlin geförderten Verbund- Projekt mit dem Titel AvantSolar (Anlagen- und Verfahrensentwicklung sowie Absatz einer Neuen Technologie zur Kristallisation vonSolarsilizium) wollen die Forscher gemeinsam mit Partnern aus Brandenburg

diese Bedingungen untersuchen, neue technologische Schritte entwickeln und diese in einer entsprechenden Anlage umsetzen.Unterstützt werden sie dabei vom Berliner Weierstraß-Institut für Angewandte Analysis und Stochastik, das die Vorgänge mit Hilfe numerischer Modelle simuliert.

Die Unternehmenspartner STEREMAT Elektrowärme GmbH Berlin und die AUTEAM Industrie-Elektronik GmbH aus Fredersdorf-Vogelsdorf werden dann die Kristallisationsanlagen mit den erforderlichen Komponenten ausrüsten und die Technologie auf den Markt bringen. Daraus erhoffen sich die Unternehmen erheblich Umsätze, die dann auch bei den Instituten zu Lizenzeinnahmen führen

werden. Weiter wirken die Leibniz Universität Hannover sowie das IHP-Institut für innovative Mikroelektronik Frankfurt/Oder im Unterauftrag des Konsortiums am Projekt mit.

(Forschungsverbund Berlin e.V., 21.07.2008 – NPO)