Berlin - Wissenschaftler des Berliner Instituts
für Kristallzüchtung IKZ http://www.ikz-berlin.de arbeiten daran,
Solarzellen günstiger als bisher herstellen zu können. Dazu ist es nötig,
Silizium so zu veredeln, dass der Wirkungsgrad der Solarzellen wesentlich
erhöht werden kann, berichtet der Forschungsverbund Berlin.
Das Halbleitermaterial Silizium ist der wichtigste Baustoff für die
Elektronik ebenso wie für Solarzellen. Seine chemischen und
physikalischen Eigenschaften führen dazu, dass eindringendes Licht, so
genannte Ladungsträgerpaare, negative Elektronen und positive "Löcher"
erzeugt. Die Sonnenstrahlen werden in elektrische Energie umgewandelt.
"Silizium-Solarzellen als Massenprodukt haben einen typischen
Wirkungsgrad von 14 bis 16 Prozent", erklärt IKZ-Forscher Helge Riemann,
der ein Experte für Silizium ist. Die meisten Solarzellen aus Silizium
sind polykristallin, das heißt, dass sie aus vielen Kristallen bestehen.
Um die Wirkung zu vergrößern, muss allerdings die Kristallstruktur
perfektioniert werden. "Wirkungsgrade von 23 bis 24 Prozent, also eine
Steigerung um 50 Prozent, erfordern eine fast perfekte Kristallstruktur",
so Riemann. Solche "Einkristalle" sind hoch rein und bieten mehr
Ausbeute, kosten aber wesentlich mehr als herkömmliches Solar-Silizium.
Riemann und seine Forscherkollegen arbeiten daran, kostengünstigere
Solarzellen zu ermöglichen. Dabei verfolgen sie mehrere Ansätze: Zum
einen arbeiten die Wissenschaftler daran, blockförmiges Silizium
herzustellen. Bisher sind die meisten gezüchteten Kristalle, egal ob
poly- oder einkristallin, rund. "Der Durchmesser hoch reiner Kristalle
beträgt maximal 200 Millimeter", so Riemann. Aus diesen "Kristallstäben"
können runde Scheiben gesägt werden, so genannte Wafer. Das Problem dabei
ist, dass diese Wafer große Solar-Panels ausfüllen müssen und in eine
eckige Form geschnitten werden. Dabei fällt viel Abfall an. Besser wäre
es, gleich viereckige Wafer aus Silizium zu erzeugen. Geschmolzenes
Silizium einfach in eine rechteckige Form zu gießen, funktioniere aber
nicht gut. Silizium ist nämlich extrem reaktionsfreudig und verbindet
sich mit nahezu allen bekannten Materialien. "Will man den gegossenen
Block lösen, zerbricht entweder die Form oder der Block. Meistens
beides", umschreibt der Forscher die Probleme. Daher wählen die
IKZ-Experten einen anderen Weg. Sie versuchen, ohne Gussform Blöcke
herzustellen. Eine bekannte berührungsfreie Methode heißt
Floating-Zone-Verfahren (FZ-Verfahren) und ist Standard für runde
Kristalle.
Ein zweiter Ansatz ist es, FZ-Einkristalle billiger als bisher
herzustellen. In Zusammenarbeit mit einer dänischen Firma arbeitet das
IKZ daran, aus quasi minderwertigem Rohmaterial vergleichsweise reine
Kristalle zu ziehen. Zugleich untersuchen Riemann und Kollegen, ob man
den Herstellungsprozess dabei beschleunigen kann. Eine höhere
Geschwindigkeit bei der Kristallerzeugung führt zwar meist zu mehr
Strukturdefekten, doch gewisse Abstriche sind hinnehmbar. Ziel des
Kooperationsprojekts ist es, die photovoltaische Qualität zu steigern und
das Wachstum zu beschleunigen. "Bisher wurden lediglich Teststrukturen
erzeugt, aber in einer groben Abschätzung kann man von Wirkungsgraden
über 20 Prozent ausgehen", so Riemann. Ein weiteres Projekt am IKZ
beschäftigt sich mit der Veredelung von billigem "metallurgischem"
Silizium. "Nach ersten Erfahrungen sind Einkristalle da nicht
ausgeschlossen", führt der Experte aus. Dies wäre dann ein riesiger
Sprung im Qualitäts-Kostenverhältnis.
