Solarzellen: Wachsen lassen statt sägen

Die Preise für Photovoltaik-Anlagen befinden seit Jahren im Sinkflug. Das lässt den Markt in vielen Ländern boomen. Eine neue Technologie aus Freiburg könnte die Nutzung von Solarenergie nun weiter beflügeln. Damit lassen sich Material- und Energieverbrauch bei der Herstellung von Silizium-Wafern – der Basis für Solarzellen – deutlich verringern. Auch die Kosten sinken.

Credit: Daniela Leiter für bdw

Um Solarzellen herzustellen, benötigt man sogenannte Wafer: dünne Scheiben aus Silizium, die aus einem großen Kristall-Rohling herausgesägt und auf denen die elektronische Bauteile der Solarzellen angebracht werden. Der Prozess ist zeit- und energieaufwändig, und beim Sägen geht ein großer Teil des kostbaren Siliziums als Abfall verloren. Forscher am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg haben ein alternatives Fertigungsverfahren für die Wafer entwickelt, das das Sägen der Scheiben überflüssig macht.

Die Forscher setzten bei der Entwicklung des innovativen Verfahrens auf die sogenannte chemische Gasphasenepitaxie: Dabei wird ein gasförmiges Material bei normalem Umgebungsdruck und bei rund 1300 Grad Celsius als feste Schicht auf einer Oberfläche aufgebracht. Für die Anwendung in der Photovoltaik verfeinerten die Freiburger Forscher diese Technologie, damit sich Schichten aus hochreinem einkristallinem Silizium sehr schnell und kostengünstig herstellen lassen.

Sanftes Wachsen statt brachialem Sägen

Die Kerfless-Wafer-Technologie revolutioniert die Fertigung von Silizium-Wafern. Auf diesen rund einen Millimeter dünnen Scheiben des Halbleiter-Materials werden die mikroelektronischen Bauteile für Solarzellen aufgesetzt statt sie wie bisher aus großen Blöcken von kristallinem Silizium zu sägen. Mit den neuen Beschichtungsanlagen können sie nun kontinuierlich auf einer Unterlage wachsen. Damit lässt sich auch die Entstehung von Silizium-Abfall vermeiden, zudem wird beim Abscheiden aus der Gasphase weniger Energie benötigt als bisher.

Nach rund 15 Jahren Forschung in den ISE-Labors hat das Team um Stefan Reber nun ein Unternehmen aus dem Freiburger Fraunhofer-Institut heraus gegründet. Ziel der rund 30 Mitarbeiter der NexWafe GmbH ist es, die Technologie fit zu machen für die industrielle Produktion.

 

Über ein weiteres Projekt am Fraunhofer ISE lesen Sie im bdw-Schwerpunkt zum Thema Energiewende "Wärmepumpen für die Energiewende" in bild der wissenschaft 2/2016.

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