Ziel ist es, mit einem neuen Züchtungsverfahren ein kostengünstiges, monokristallines Substratmaterial für hocheffiziente Silizium-Solarzellen mittels eines neuen Ziehverfahren GFZ (Granular Float Zone) industriell her zu stellen und marktfähig zu machen. Ziel des Teilvorhabens der Wacker Chemie ist die Bereitstellung von granularem Polysilizium mit höchsten Ansprüchen an die Produktreinheit und Staubfreiheit für das versetzungsfreie Kristallziehen eines 200mm-Solarwafers. Für den GFZ-Solarprozess ist eine deutliche Senkung des Kohlenstoffgehaltes und der Staubbeladung notwendig, damit ein versetzungsfreies Kristallziehen bis zu diesem Durchmesser möglich ist. Durch die Entwicklung effizienter Prozesse und die Erstellung eines ausgeklügelten Anlagenkonzeptes, bestehend aus einer optimierten Anordnung von Apparaten und Behältern, sowie dem Einsatz geeigneter Auskleidungen soll der Kohlenstoffgehalt im Produkt merklich gesenkt werden. Außerdem soll durch eine neue Entstaubung im Reaktionsbereich die Staubbeladung durch effektivere Prozessführung und frühzeitige Primärstaubabtrennung deutlich gesenkt werden.
Das ISFH Teilvorhaben des PERC2.0-Projektes evaluiert zwei produktionstaugliche Zellkonzepte, die eine stark reduzierte lichtinduzierte Degradation (LID) aufweisen und somit potentiell höhere Wirkungsgrade erzielen nach LID im Vergleich zu typischen p-PERC-Zellen (Passivated-Emitter-and-Rear-Cell). Die erste Zellvariante sind Passivated Emitter and Rear Totally Diffused (PERT)-Solarzellen, bei denen Phosphor-dotierte n-Typ-Wafer verwendet werden und bei denen die Rückseite einen Bor-Emitter aufweist. Im Rahmen des Vorhabens soll der Wirkungsgrad dieses Zelltyps auf mindestens 22,5 Prozent gesteigert werden. Als zweites Zellkonzept wird eine Back Junction Back Contact (BJBC)-Zelle mit Poly-Si Rückkontakten am ISFH entwickelt, welches Wirkungsgrade bis 24 Prozent demonstrieren soll.
Ziel des Teilvorhabens ist die Untersuchung und Etablierung eines neuartigen, kontinuierlichen, tiegelfreien Ziehverfahrens unter Verwendung von granularem Silicium mit hoher Reinheit. Die gesamte Wertschöpfungskette kann bei Erfolg mit deutlich geringerem Ressourceneinsatz als der derzeitige Stand der Technik abgedeckt werden. Gleichzeitig soll der Wirkungsgrad des zunächst anvisierten Feldes der monokristallinen Solarzellen erhöht werden. Dazu wird das neue Kristallziehverfahren so weiterentwickelt, dass auf Basis des reduzierten Staub- und Kohlenstoffgehaltes des eingesetzten granularen Polysiliciums reproduzierbare Produktionsparameter für das Ziehen von monokristallinen Solarstäben ermittelt werden, wofür ein umfassendes Verständnis der zur Kristallversetzung führenden Stoffeigenschaften und Ereignisse erforderlich ist. Sobald an kleineren Stabdurchmessern bis ca. 100mm die erforderliche Prozessstabilität erreicht wurde, werden anhand weiterer Ziehversuche sowohl die Geometrie der Ziehspule als auch deren Wechselwirkung mit anderen Teilen der Aufschmelzeinheit erforscht und an die neue Situation angepasst. Gleichzeitig werden dazugehörende Ziehprozessparameter ermittelt und der Stabdurchmesser sukzessive auf mindestens 150mm vergrößert. Die so erzeugten Stäbe werden teilweise in Wafer gesägt, die dann per externer Kooperationspartner auf die gewünschten physikalischen Eigenschaften hin analysiert und bewertet werden. Die Machbarkeit des neu zu etablierenden Verfahrens wird zunächst für einen Stabdurchmesser von mindestens 150 mm angestrebt. Bei Erfolg werden weitere Investitionen an einem geeigneten Standort in Deutschland (z.B. in Burghausen für Anlagen, in Arbeitsplätze etc.) getätigt, die eine nachhaltige Verwertung der Ergebnisse des Vorhabens sichern sollen.
Ziel des Teilvorhabens ist die Untersuchung und Etablierung von granularem Polysilicium mit hoher Reinheit. Als Ausgangsmaterial für den kontinuierlichen, tiegelfreien Ziehprozess sollen die Eigenschaften des granularen Polysiliciums im Hinblick auf einen reduzierten Kohlenstoffgehalt, niedrigen Staubgehalt, sowie einem stabilen Metallpegel untersucht und optimiert werden. Bezüglich der Kohlenstoffkontaminationen werden die nötigen Analysenmethoden entwickelt und/oder verbessert, anschließend die relevanten Quellen identifiziert und mittels Anlagen- und Prozessänderungen der Eintrag reduziert. Untersuchungen zur Performance von entsprechend verbessertem Material hinsichtlich Versetzungsfreiheit werden in den Arbeitspaketen des Projektpartners zum 4', 5' und 6'-Prozess durchgeführt. Zur Absenkung des Staubgehaltes wird eine neue Entstaubungsmethode entwickelt und ins Gesamtverfahren integriert. Auch hier erfolgt eine Ergebniskontrolle in den Kristallziehversuchen beim Projektpartner. Die Streuung des Metallpegels im Granulat soll durch Prozessstabilisierung reduziert und die Auswirkung auf die Materialeigenschaften der Kristalle untersucht werden. Die Machbarkeit des neu zu etablierenden Verfahrens (kontinuierlicher, tiegelfreier Ziehprozess) wird zunächst für einen Stabdurchmesser von mindestens 150 mm angestrebt. Bei Erfolg der Etablierung des granularen Polysiliciums mit hoher Reinheit wird Wacker dieses Ausgangsmaterial in einen Produktionsprozess überführen und damit weitere Investitionen am Standort Burghausen (z.B. Anlagen, Arbeitsplätze, etc.) tätigen, die eine nachhaltige Verwertung der Ergebnisse des Vorhabens am Standort Deutschland sichern sollen.