Das Projekt "Teilprojekt 1: Defekteintrag, -verteilung und -wirkung auf die elektrischen Eigenschaften von mono- und multikristallinem Silizium und Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Experimentelle Physik durchgeführt. Im Projekt werden zwei Ziele verfolgt. Im ersten Teil die Wechselwirkung der Siliziumschmelze mit seiner Umgebung -Tiegel und Gasatmosphäre. Diese Wechselwirkungsprozesse sollen modellmäßig erfasst, quantitativ beschrieben und dann in ein FEM Programm implementiert werden, mit dem die Stoff- und Transportprozesse in der Schmelze und bei der Kristallisation gerechnet werden können. Damit soll der Einbau von Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff bestimmt werden. Im zweiten Teil werden die gezüchteten Kristalle hinsichtlich ihrer Defektstruktur charakterisiert. Der Schwerpunkt liegt auf der Verteilung der genannten Fremdatome und deren Auswirkungen auf die elektrischen und optischen Eigenschaften. Weiterhin wird die Entstehung, Verteilung und Kontamination von Versetzungen untersucht. Insgesamt soll festgestellt werden, inwieweit die Defekte das Wirkungspotential der Solarzellen limitieren. Dazu werden auch Messungen an den standard-prozessierten Solarzellen durchgeführt und analysiert. Die Rechnungen werden mit bereits vorhandenen FEM Programmen durchgeführt. In diese werden die Wechselwirkungsmodelle implementiert. Es handelt sich dabei um 2d- und 3d-Modelle, mit denen man Strömung und Stofftransport berechnen kann. Die Bestimmung der Fremdatomverteilung im Kristall erfolgt durch FTIR und Lebensdauermessungen. Bei letzterem sollen das QSSPC-Verfahren und SPV-Verfahren eingesetzt werden. Versetzungen werden durch automatisierte Mikrosopbildanalyse bestimmt.
Das Projekt "Cutting Edge Charakterisierung und Technologie für die deutsche PV-Industrie - Teil A: Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Das Projekt 'CUT A' wird der deutschen PV-Industrie auf der Basis des Photovoltaik-Technologie Evaluations Center PV-TEC die schnelle und kosteneffiziente Entwicklung von Cutting-Edge Prozess-Technologie bieten. Im Mittelpunkt des Projektes stehen beidseitig passivierte PERC Solarzellen aus multikristallinem bzw. Czochralski-gezogenem p-Typ Silizium, Im Rahmen dieses Projektes wird diese Zellstruktur- / Material-Kombination auf ein deutlich höheres Wirkungsgradniveau von 20,0% (mc-Si) bzw. 21,5% (Cz-Si) gehoben. Die Planung umfasst die gezielte Modernisierung und Erweiterung der PV-TEC Prozessplattform und eine gezielte Weiterentwicklung der Einzelprozesse. Die Entwicklung des Gesamtprozesses erfolgt durch eine turnusmäßig im 6-Wochen-Rhythmus stattfindende Herstellung von mono bzw. multi-kristallinen PERC-Solarzellen. Hierbei werden parallel (i) die Sicherung einer hohen Güte des Basisprozesses sowie (ii) die Weiterentwicklung des Prozesses hin zu einem für großflächige multikristalline Siliziumsolarzellen bisher nicht erreichten Spitzenwirkungsgrad von 20,0% (mc-Si) bzw. 21,5% (Cz-Si) auf produktionstauglichen Anlagen verfolgt. Die Basistechnologie wird kontinuierlich an die Spitzenergebnisse angepasst.
Das Projekt "Teilvorhaben Robert Bosch GmbH: Pastenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Robert Bosch GmbH durchgeführt. Photovoltaikmodule fallen zum heutigen Zeitpunkt noch nicht unter die sogenannte RoHS-Richtlinie (Richtlinie 2002/95/EG), welche eine Beschränkung von bestimmten gefährlichen Substanzen (z.B. Quecksilber, Blei und Cadmium) in elektronischen Geräten fordert. Photovoltaikmodule aus kristallinem Silizium enthalten Blei in gebundener Form in den Metallisierungspasten der Zellen und in den Lotmitteln die zum Verbinden der Zellen zu Modulen verwendet werden. Die Firmen Bosch und Schott unterstützen grundsätzlich die Position, dass Photovoltaik als Klima- und Umweltschonende Technologie die Umwelt- und Verbraucherschutzanforderungen der EU erfüllen sollte. Eine möglichst rasche Umstellung von Produktionsverfahren, die zurzeit noch auf die Verwendung von gefährlichen Substanzen angewiesen sind, ist anzustreben und zu entwickeln. Ziel des Projekts Rokoko ist es RoHS-konforme Module mit kristallinen Solarzellen zu entwickeln ohne Einbußen bezüglich der Effizienz gegenüber heutigen Modulen. Z. Z. ist bei der Herstellung von kristallinen Siliziummodulen z. B Blei in den Metallisierungspasten oder auch in den Lotmitteln für die Zellverbinder enthalten. Bei den Metallisierungspasten ist es hauptsächlich in Form von bleihaltigen Gläsern enthalten, die für die Funktion der Paste eine wesentliche Schlüsselfunktion haben. Durch die Verwendung von neuen Metallisierungspasten und von bleifreien Loten soll die technologische und wirtschaftliche Machbarkeit von RoHS-konformen Solarmodulen aus (multi- und mono-) kristallinem Silizium gezeigt werden. Da für Solarmodule noch keine solche RoHS Konformität gefordert ist, gibt es auch noch keine international anerkannten Nachweis-Methoden oder Verfahren. Daher soll im Projekt durch den Partner SGS Institut Fresenius eine entsprechende Nachweismethode entwickelt werden und diese in internationalen Gremien etabliert werden. Die erfolgreiche Durchführung des Projektes soll durch eine finale RoHS-Konformitätserklärung für die neue Modultechnologie durch SGS Institut Fresenius dokumentiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Messtechnik zur Qualitätsbewertung von Säulen und Wafern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hennecke Systems GmbH durchgeführt. Die Ziele, die Hennecke in diesem Projekt verfolgt sind sehr stark orientiert an Verbesserungen und Neuentwicklungen der Waferinspektionsautomaten, die in der Folge einen Vorsprung vor den Mitbewerbern am Markt und erhöhte Chancen im Verkauf der Anlagen bedeuten. Insbesondere ein Waferratingverfahren und eine inline-Kornstrukturanalyse können für die Hennecke-Messtechnik ein Alleinstellungsmerkmal und Verkaufsargument sein.
Das Projekt "Aufbau und Betrieb eines Pilotzentrums für neuartige höchsteffiziente Solarzellen - PV SELECT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Heutige industriell gefertigte großflächige Solarzellen erreichen in der Spitze Wirkungsgrade im Bereich nahe 19% auf multikristallinem sowie nahe 21% auf monokristallinem Siliziummaterial. Darüber hinausgehende Solarzellenkonzepte mit deutlich höherem Wirkungsgradpotential konnten mit Ausnahme der Rückkontaktsolarzellentechnologie von Sunpower, bislang nur im Labormaßstab entwickelt und demonstriert werden. Ein vielversprechendes innovatives Solarzellenkonzept stellen sogenannte selektive Kontakte dar. Mit einer Solarzelle basierend auf einem solchen selektiven Heteroübergang (amorphes Silizium auf kristallinem Siliziumwafer) konnte die Firma Panasonic im April 2014 mit 25,6% einen Wirkungsgrad-Weltrekord erzielen. Die Übertragung solcher Prozesstechnologien in ein industrielles Produktionsumfeld stellt hohe Anforderungen an - die Reinheit der Produktionsumgebung sowie - die Prozesssicherheit und - Prozessreproduzierbarkeit. Im Rahmen des Projektes PV Select wurde die in Abbildung 1 dargestellte und für die Umsetzung oben erwähnter hocheffizienter Solarzellentechnologien notwendige Labor- Reinrauminfrastruktur geschaffen. Basierend auf den Reinheitsanforderungen der unterschiedlichen oberflächensensitiven nass- und trockenchemischen Ätz- und Beschichtungsschritte wurde das Labor in einen Bereich mit Reinraumklasse 1000 sowie in abgetrennte Wartungsbereiche mit niedrigerer Reinheitsstufe eingeteilt (Reinraumklasse 100 in Fläche innerhalb hellblauer Markierungslinie). Die Konzeption beinhaltete zudem ein entsprechendes Reinraum-taugliches Schleusensystem, mit dem sowohl Mitarbeiter als auch ein- und ausgehende Waren den geschützten Bereich betreten bzw. verlassen können. Bei der Planung und Umsetzung der Reinrauminfrastruktur wurde insbesondere darauf geachtet, für kritische Prozess- und Probenlagerungsbereiche eine besondere reine Umgebung zu schaffen und somit mögliche Kontaminationsquellen aus der Umgebungsluft auszuschließen bzw. zu minimieren. Die im Rahmen des Projektes zu integrierenden Großbeschichtungsanlagen (Anlagen selbst wurden über parallel laufende Förderprojekte beschafft) erforderten den Aufbau eines umfangreichen Gasver- und Entsorgungssystems, aufgrund der Gefährlichkeit der (teilweise in hoher Konzentration) eingesetzten Gase wie etwa Silan, Phosphin oder auch Diboran wurde des Weiteren eine umfangreiche Sicherheitstechnik installiert (Sicherheitsschränke, Gaswarn- und detektionssysteme, persönliche Schutzeinrichtungen).
Das Projekt "CUT-A_Plus - Cutting Edge Charakterisierung und Technologie für die deutsche PV-Industrie PLUS" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im Mittelpunkt des Projektes 'CUT-A PLUS' steht die Weiterentwicklung des Gesamtfertigungsprozesses beidseitig passivierter industrieller PERC-Solarzellen (PERC: Passivated Emitter and Rear Cell) aus mono- und multikristallinem p-dotiertem Silicium in den PVTEC-Laboren des Fraunhofer ISE. Es werden Einzelprozesse und der Gesamtherstellungsprozess kontinuierlich optimiert. Die Service-Möglichkeiten des 'neuen' PV-TEC werden dadurch etabliert, erweitert und verbessert. Das Gesamtziel des Vorhabens ist es, die Entwicklung und Bereitstellung von modernster, Cutting-Edge-Technologie zu ermöglichen, die die Herstellung dieser Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 20,5% für multikristallines und 22,5% für monokristallines Material ermöglichen. Damit wird die deutsche PV-Industrie im internationalen Wettbewerb kosteneffizient unterstützt.
Das Projekt "Technologien für Höchst-Effiziente Silicium Solarzellen in PV-TEC (THESSO)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. In diesem Projekt soll die Entwicklung von Materialien, Technologien und Solarzellenstrukturen erfolgen, die es erlauben, den Wirkungsgrad für industriell produzierbare Solarzellen auf bis zu 21,5Prozent anzuheben. Entsprechend ist ein Hauptziel des Projektes die Entwicklung von industrierelevanten Solarzellenprozessen, mit welchen Solarzellenwirkungsgrade von 22Prozent in der Spitze und 21,5Prozent im Mittel in PV-TEC erreicht werden können. Dies soll unter der Verwendung von industriell verfügbaren monokristallinem Silicium bewirkt werden. Auf multikristallinem Silizium werden Wirkungsgrade von 20Prozent in der Spitze und 19,5Prozent im Mittel angestrebt. Es wird angestrebt, dies mit Wafern zu erreichen, die aus am Fraunhofer ISE hergestellten Blöcken gefertigt sind.
Das Projekt "Teilvorhaben: Weiterentwicklung der Quasimono-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungsverbund Berlin e.V., Leibniz-Institut für Kristallzüchtung durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist die Prozessentwicklung zur Herstellung quasi- einkristalliner Si- Blöcke unter Einsatz von Keimen unter Nutzung externer Magnetfelder. Die angestrebte signifikante Verbesserung der Blockkristallqualität soll zu einer deutlichen Verringerung der Wirkungsgradlücke zwischen Solarzellen aus quasi-mono- und CZ- Silizium beitragen und die Kosten der Herstellung von Solarzellen senken. Hauptgegenstand dieses Teilvorhabens soll jedoch ein weiterer innovativer Lösungsansatz, die Entwicklung eines tiegelfreien Quasimono-Prozesses, sein. Die Tiegelfreiheit führt neben der strukturellen Qualität (Versetzungen, Korngrenzen) auch zu einer Wirkungsgraderhöhung der prozessierten Solarzelle. Die Konzentration an Verunreinigungen, wie O, C und Metallen wird dadurch erheblich reduziert. AP 1.2 stellt die kontinuierliche Weiterentwicklung der bisherigen Lösungsansätze (für G2) dar. Es ist vorgesehen, auch weiterhin Untersuchungen zum Ankeimprozess durchzuführen und den sich anschließenden Erstarrungsprozess zu entwickeln. Die Arbeiten umfassen: - Simulation / Experiment des Einflusses wandernder Magnetfelder auf die Schmelzenkonvektion und den thermischen Erstarrungsprozess - Prozessentwicklung bei experimentell geschickter Keimvorgabe am Tiegelboden - Charakterisierung von Defektstruktur und elektrischen Eigenschaften der modifizierten quasieinkristallinen Blöcke. Im AP 2.1 'Grundsatzversuche' sollen neue Lösungsansätze erforscht werden. Dabei geht es um die Reduzierung bzw. Eliminierung rekombinationsaktiver Defekte mit dem Schwerpunkt der Versetzungsbildung und -Vervielfältigung. Es soll untersucht werden, ob und wenn ja, bis zu welchem maximalen Keim-Durchmesser versetzungsfrei auf diesem Flächenkeim gezüchtet werden kann bzw. wie sich die Defektstruktur sowohl im Flächenkeim als auch im aufgewachsenen Teil entwickelt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Druckformenentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Koenen GmbH durchgeführt. Das übergeordnete Projektziel ist die Entwicklung eines Siebdruckprozesses zur Realisierung von Kontaktbreiten unter 20mym bei ausreichender Kontakthöhe auf mono- und multikristallinen Silizium-Solarzellen im industriellen Umfeld. Spitzenwerte von 15mym Kontaktbreite sollen im Labor demonstriert werden. Neben experimentellen Arbeiten zur Druckparameteroptimierung ist auch der Aufbau eines Modells zur theoretischen Beschreibung des Druckvorgangs vorgesehen. Dies soll die Identifikation und Optimierung der zentralen Einflussfaktoren im Druckprozess unterstützen. Das Wirkungsgradniveau des baseline-Prozesses im PV-TEC-Labor des Fraunhofer ISE soll im Rahmen des Projektes um mindestens 2% relativ gesteigert werden. Des Weiteren soll die Silberausnutzung im Siebdruckprozess verbessert werden, indem eine homogenere Kontaktgeometrie realisiert wird. Die Kontaktgeometrie der Referenztechnologie Dispensen dient hier als Zielwert. Im Bereich der Material- und Komponentenentwicklung ist das vordergründige Ziel Druckformen zu entwickeln, die Öffnungsbreiten unter 15mym und gleichzeitige stabile Druckprozess im industriellen Umfeld erlauben. Die Anpassung und Optimierung des Druckformherstellungsprozesses, aber auch der Siebgewebe und Emulsionen spielt dabei eine zentrale Rolle. Die Wechselwirkung zwischen der Substratoberfläche (Textur, Beschichtung) und dem Druckergebnis steht ebenfalls im Fokus des Projektvorhabens. Ein Ziel des Projektes ist folglich interdisziplinäres Prozessverständnis aufzubauen und Texturprozesse hinsichtlich einer Verbesserung der Kontaktgeometrie zu entwickeln. Die Reduktion der Prozesskosten in €/Wp stellt ein weiteres zentrales Ziel des Projektes dar, welches kontinuierlich überprüft wird. Die im Projekt anvisierte Reduktion der Kontaktfingerbreite auf unter 20mym stellt folglich einen wichtigen Meilenstein dar bei der Realisierung von Solarzellenwirkungsgraden von ca. 20% / ca. 22% für industrielle multi-/monokristalline p-Typ Solarzellen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Tiegelfreies kontinuierliches Ziehverfahren für 200 mm Einkristalle mit granularem Silizium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siltronic AG, Standort Burghausen durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist es, ein kostengünstiges monokristallines Substratmaterial für hocheffiziente Silicium-Solarzellen und ggf. auch für Leistungselektronikbauteile mittels eines neuen Ziehverfahrens GFZ (Granular Float Zone) industriell herzustellen und marktfähig zu machen. Nachteilig für das bisherige Standardverfahren (CZ) ist der hohe Sauerstoffgehalt, der zu einer Degradation des Zellenwirkungsgrades führt. Mit dem neuartigen GFZ-Verfahren hergestellte Kristalle weisen diese negativen Eigenschaften nicht auf, sind allerdings bisher nur bis 150 mm Durchmesser verfügbar sind. Die Standardsolarzelle weist aber mittlerweile eine Größe von 156 mm im Quadrat auf, wofür runde Kristalle mit einem Durchmesser von größer als über gleich zu 200 mm gezogen werden müssen. Um die mit dem GFZ-Verfahren hergestellten Kristalle dem Massenmarkt zugänglich zu machen, muss folglich das GFZ-Verfahren für 200 mm-Kristalle neu entwickelt werden. Ziel des Arbeitsplanes ist es letztendlich, das Verfahren für die Herstellung von Si-Einkristallen mit dem GFZ-Verfahren für 200 mm Durchmesser und auch die Vorrichtung zu entwickeln. Dafür müssen Methoden entwickelt werden, die diese großen Durchmesser versetzungsfrei zu ziehen erlauben. Das Aufschmelzen von Granulat muss leistungsfähiger werden (höhere Schmelzrate, geringere Fehlerrate). Weiter muss die Reinheit von Granulat sowie die der erzeugten Einkristalle verbessert werden, um den Anforderungen der Photovoltaik- und der Elektronikanwendungen zu genügen.
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