Die Fertigung von Hochleistungsmodulen bleibt nach wie vor Kern der Entwicklungsstrategie der SolarWorld AG. Dabei soll das Potential der PERC Technologie ausgenutzt werden, die neue Anforderungen an den PV Wafer stellt, dessen Eigenschaften hauptsächlich während des Kristallisationsprozesses bestimmt werden. Daher sind die Verbesserung von Kristallqualität und Ausbeute bei der Czochralski (Cz)-Kristallzüchtung von PV-Silizium ein zentrales Anliegen, wozu ein online Monitoring der mittleren Strömungsgeschwindigkeit extrem wertvoll wäre. Aufgrund der hohen Temperaturen und der geforderten Reinheit der Siliziumschmelze gibt es bisher weltweit keine Strömungsmessungen im Tiegel einer in der Industrie eingesetzten Cz-Kristallzüchtungsanlage. Die kontaktlose induktive Strömungstomographie (CIFT) hat das Potential zur Strömungsmessung der Schmelze im Cz-Tiegel, da sie mit Hilfe von Magnetfeldern die mittlere dreidimensionale Strömung in Schmelzen kontaktlos messen kann. Das Fernziel des Teilvorhabens besteht daher darin, CIFT für eine online-Strömungsmessung in der Cz-Kristallzüchtung zu entwickeln und zum Einsatz zu bringen. Allerdings muss CIFT für diese Anwendung speziell adaptiert werden, wobei die Herausforderung bei dieser Messung in der robusten Detektion der sehr kleinen strömungsinduzierten Verzerrung des angelegten Magnetfeldes liegt. Zusätzlich wird in enger Kooperation mit der HZDR-Innovation GmbH (HZDRI) ein Experiment zur Modellierung der Strömung im Tiegel aufgebaut, da die HZDRI nicht über die nötige Infrastruktur verfügt.
Das Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IISB in Erlangen und an seiner Außenstelle am Fraunhofer THM in Freiberg ist es, die Czochralski-Kristallzüchtungstechnologie zur Herstellung von hochqualitativen Siliziumkristallen für die Anwendung in der Photovoltaik im Hinblick auf die Reduktion des Sauerstoffs im Kristallmaterial weiter zu entwickeln und gleichzeitig die Prozesskosten zu senken. Die von Fraunhofer IISB/THM erzielten wissenschaftlich-technischen Erkenntnisse aus der Prozess- und Hardwareentwicklung, der numerischen Modellierung und der Materialcharakterisierung bilden dabei die Grundlage für die Optimierung der bestehenden Czochralski-Technologie beim Industriepartner Solar World Innovations GmbH.
Im Projekt APPI sollen kostengünstige Atmosphärendruck (AP) - Prozesse entwickelt werden, die die bisher üblichen Vakuum- und Niederdruckprozesse ersetzen können und so zu einer Senkung der Produktionskosten für kristalline Silizium-Solarzellen führen. Im Einzelnen handelt es sich dabei um: - Fortschrittliche Texturverfahren: nasschemisches, durch Metall-Nanopartikel katalysiertes Ätzen; Trockenätzen mittels Atmosphärendruckplasma - APCVD Phosphor-Dotierquellen und Diffusion (CVD: Chemical Vapor Deposition) - Passivierungs- und Antireflexschichten aus Atmosphärendruck-Abscheidung mittels AP PECVD oder APCVD (PECVD: Plasma Enchanced CVD) Die zu entwickelnden Prozesssequenzen sollen zu einer deutlichen Kostensenkung bei der Herstellung hocheffizienter PERC-Solarzellen (Passivated Emitter and Rear Cell) führen, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit europäischer Zell- und Modulhersteller sowie Anlagenbauer auf dem Weltmarkt gestärkt wird. Das Verbundprojekt gliedert sich in die folgenden sieben Arbeitspakete (AP): - AP 0: Projektleitung - AP 1: Fortschrittliche Textur und Oberflächenbehandlung - AP 2: Atmosphärendruck-Abscheidung von Dotierquellen und Diffusion - AP 3: Atmosphärendruck-Abscheidung von Passivier- und Antireflexionsschichten - AP 4: Integration in den Solarzellenprozess - AP 5: Solarmodulherstellung und -testen - AP 6: Charakterisierung und Simulation.
Der vorliegende Antrag der MLU ist Teil des Verbundprojektes STRUKTURSOLAR II. Die Anwendung innovativer Strukturierungskonzepte in Solarzellen der nächsten Generation für verbesserte Wirkungsgrade bei reduziertem technologischen Herstellungsaufwand soll erforscht werden. Dabei sollen die vorhandenen Kompetenzen in der Grundlagenforschung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und anwendungsorientiertes Know-how der Hochschule Anhalt (HSA) in einem kooperativen Forschungskolleg zusammengeführt werden. Mehrere Promotionsthemen sollen jeweils in Teilen an beiden Hochschulen bearbeitet werden. Das Projekt adressiert Themen der Strukturierung sowohl von Dünnschichtmodulen (Mikrostrukturierte CIGSe Kontakte, Thermische Laser Strukturierung, Perowskitsolarzellen auf Silicium, Strukturierte Substrate) als auch von Siliciumwafer-basierten Solarzellen (Plasmastrukturiertes schwarzes Silicium, Makroporöses Silicium, Defektlokalisierung von PERC-Kontakten). Die Plasmatexturierung zur Präparation von hochabsorbierenden Silicium Oberflächen (schwarzes Silicium) und anschließende Passivierung sollen bis hin zu kompletten Solarzellen weiter optimiert werden. Alternativ soll makroporöses Silicium mittels metall-unterstützter chemischer Ätzung die Absorption erhöhen. Strukturierte Rückkontakte von PERC Zellen sollen mittels abbildender Methoden im Hinblick auf Defekte untersucht werden. Die Zusammenführung der neuartigen Perowskitsolarzellen und Wafer Silicium soll mittels nasschemischer und physikalischer Verfahren erforscht werden. Auch für Dünnschichtsolarzellen ist das Photonenmanagement durch Strukturierung ein vielversprechendes Thema. Hierbei geht es sowohl um die Optimierung eines strukturierten Rückkontaktes z.B. von CIGSe Solarzellen als auch um die Lichteinkopplung durch plasmastrukturierte Substrate. Das Modulthema der integrierten Serienverschaltung soll mit dem neuen Thema der thermischen Laserstrukturierung vorangetrieben werden.
Das Fernziel besteht darin, die Strömung im Tiegel bei der Czochralski (Cz)-Kristallzüchtung unter den Parametern des realen Industrieprozesses zu verstehen und numerisch simulieren zu können. Da eine direkte Messung der Strömungsgeschwindigkeiten in der Si-Schmelze nicht verfügbar ist und bestenfalls mit der kontaktlosen Strömungstomographie in einigen Jahren zur Verfügung steht, sind Modellexperimente wesentlich zur Validierung numerischer Simulationen. Diese Modellexperimente sollen möglichst im Bereich der realen Prozessparameter stattfinden und eine umfassende Ausmessung der Strömung erlauben, womit für die Modellschmelze nur Metallschmelzen mit relativ niedriger Schmelztemperatur in Frage kommen. Mit den Arbeiten im Vorhaben sollen systematisch lokale Strömungsgeschwindigkeiten und lokale Temperaturen in Modellexperimenten durchgeführt werden. Die Daten sollen zur Validierung der numerischen Simulationen von Projektpartnern dienen.
Die wissenschaftliche Zielstellung umfasst die Entwicklung und Durchführung von Modellexperimenten zur systematischen Untersuchung verschiedener, für die Herstellung von Silizium-Kristallen bedeutsamer Phänomene und Prozesse im Labormaßstab. Konkret handelt es sich um die Untersuchung des Geschwindigkeitsfeldes von Gasströmungen, was besonders für die Kristallisation von Silizium für die PV-Anwendung nach dem Czochralski (Cz)-Verfahren relevant ist, und um die Untersuchung eines neuen Kristallisationsprinzips für Quasimono-Silizium-Blöcke (QM II-Technologie). Ein wesentlicher Aspekt bei den Experimenten zur Gasströmung ist die Validierung von numerischen Modellen und Algorithmen. Bei der Untersuchung der QM II-Technologie steht die Identifizierung von Prozess- und Anlagenparametern für eine stabile Kristallisation im Vordergrund. Die technischen Arbeitsziele beinhalten den Aufbau der zugehörigen Modellanlagen, d.h. einer Czochralski-Modellanlage zur Untersuchung der Gasströmung und einer QM II -Modellanlage zur Untersuchung des neuen Kristallisationsprinzips.
Das Projekt MOSBIT widmet sich der Methodenentwicklung zur umfassenden Modul- und Systemcharakterisierung sowie Optimierung einer bifazialen PV-Technologie auf PERC-Basis hin-sichtlich ihres Leistungs-, Ertrags-, Lebensdauer- und Kostenpotentials Ziel des Projekts ist die Bereitstellung eines durchgängigen Verfahrens zur Modul- und Systembewertung, also von der Modulentwicklung über die Charakterisierung bis zur Ertragsprognose, für bifaziale Photovoltaik: - Verfahren zur präzisen und anwendungsrelevanten Laborcharakterisierung bifazialer Module, Konzept für die Inline-Charakterisierung, Weiterentwicklung von Normen (Messung, Datenblatt-Angaben) - Definition und Diskussion eines Leistungsäquivalents für bifaziale Module zum direkten Vergleich mit monofaziale Modulen zur Vorbereitung einer internationalen Standardisierung - mit Monitoringdaten validiertes Verfahren zur Ertragsprognosen für bifaziale PV-Kraftwerke, Bewertung des Ertragspotentials an verschiedenen Standortklassen - Anpassung von Modellen zum Feuchteeintrag an den Aufbau von bifazialen Modulen und Bereitstellung der relevanten Materialparametern für die Simulation - mit Degradations-Monitoringdaten plausibilisierte Lebensdauer-Analyse für bifaziale Module an verschiedenen Standortklassen - Optimierung des Modulaufbaus und des Montagesystems, um eine PR von mindestens 100% für bifaziale PV-Kraftwerke bei mind. 80% Moduleffizienzverhältnis (hinten/vorne) und bei einem Albedo von mindestens 50% zu erreichen - Demonstration eines spezifischen Mehrertrags (kWh/kWp) von 25% gegenüber einer monofazialen Installation ' Bereitstellung von Werkzeugen zur TCO, LCOE und LCA-Analyse, Nachweis einer Verbesserung der LCOE und LCA für die bifaziale Modultechnologie der Solarworld um mindestens 8% im Vergleich zu monofazialen Modulen.
Das Ziel des Teilvorhabens beinhaltet die Entwicklung eines Polygonscanners und begleitende Untersuchungen zur Hochgeschwindigkeitsmetallisierung von PERC-Solarzellen. Das Laserinstitut der Hochschule Mittweida steuert hierbei seine Expertise im Bereich der ultraschnelllen Strahlablenkungs- und der Hochgeschwindigkeitslaserprozesstechnik sowie Analyse- und Simulationsmethodik bei. AP 1.3: Entwicklung und Aufbau eines Polygonscansystems (Hochschule Mittweida) Für den angestrebten Durchsatz reicht eine konventionelle Strahlführung nicht aus. Es soll daher ein innovatives Strahlablenksystem zum Einsatz kommen, welches einerseits gemäß den Vorgaben der Laser- und Anlagensteuerung, andererseits hinsichtlich den geforderten Wiederhol- und Positioniergenauigkeiten und Strahleigenschaften den Prozessanforderungen gemäß angepasst und integriert werden muss. AP 1.5: Test der Anlage und Komponenten sowie deren Weiterentwicklung (ISE, Innolas-Solutions, Amphos, Hochschule Mittweida) Die Anlage soll am ISE aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Im Anschluss werden alle essentiellen Komponenten wie der Folienanleger, Laser und Scansystem getestet. Die Firmen werden die von ihnen beigestellten Komponenten begleitend zu den Tests bis zum Projektende anpassen und weiterentwickeln und mit Simulationen untersetzt analysieren.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 26 |
| Wissenschaft | 5 |
| Type | Count |
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| Förderprogramm | 26 |
| License | Count |
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| Offen | 26 |
| Language | Count |
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| Deutsch | 26 |
| Resource type | Count |
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| Keine | 2 |
| Webseite | 24 |
| Topic | Count |
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| Boden | 15 |
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| Mensch und Umwelt | 26 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 26 |