Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Wirtschaftliche Herstellung von Solargrade-Silizium mit Hilfe eines Plasmaverfahrens. Untersuchung der M\u00f6glichkeit der Reduktion von Siliziumdioxid mit Wasserstoff bei sehr gro\u00dfen Temperaturen (Metalloxid + H2 Metall + H2O), da hierbei als Abfallprodukt nur Wasser entsteht.<\/p>\n
Die Route hat im Vergleich zu den etablierten Verfahren den Vorteil, dass sie mit weniger Energie auskommt. Zudem erm\u00f6glicht sie die komplette Vermeidung des Einsatzes giftiger oder umweltsch\u00e4dlicher Stoffe. Gleichzeitig soll die Herstellung von Solargrade-Silizium im Vergleich zum Stand der Technik kosteng\u00fcnstiger werden<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie direkte Umwandlung des Siliziumdioxids soll \u00fcber die Reduktion im Wasserstoffplasma erfolgen.
\nDamit die Umwandlung stattfinden kann, m\u00fcssen sehr energiereiche Plasmen bereitgestellt werden. Benutzt werden thermische Plasmen. Die Anlagen und Ger\u00e4te wurden urspr\u00fcnglich f\u00fcr die Simulation des Wiedereintritts von Raumfahrzeugen entwickelt. Mit dieser Technik k\u00f6nnen Plasmafreistrahlen mit einer spezifischen Enthalpie zwischen 50 und 500 MJ\/kg problemlos dargestellt werden. Um die Siliziumreinigung mit dieser Technik zu erproben, wurden zun\u00e4chst Voruntersuchungen in einer vorhandenen Anlage durchgef\u00fchrt. Auf Basis der Voruntersuchungen wurde eine Pilotanlage aufgebaut, in Betrieb genommen und auf ihre Eignung als Siliziumproduktionsanlage untersucht.<\/p>\n
Die Charakterisierung erfolgte zu Projektbeginn zun\u00e4chst mit einem Photoelektronenspektrometer (XPS). Im Projektverlauf konnte relativ schell Silizium erzeugt werden, das einen so geringen Anteil an Verunreinigungen aufwies, dass die Empfindlichkeit des XPS nicht mehr f\u00fcr eine Charakterisierung ausreichte. Aus diesem Grund wurde die Diagnoseeinrichtung um ein SIMS -System erweitert. Das kombinierte XPS-SIMS-System wurde im Rahmen von Testmessungen auf seine Tauglichkeit als Charakterisierungswerkzeug untersucht. Weiterhin wurden mit dem kombinierten System eine Vielzahl von Proben untersucht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Mit dem Projekt ist der erste Schritt hin zu einer plasmagest\u00fctzten Erzeugung von Solargrade Silizium gelungen. Es konnte gezeigt werden, dass mit relativ einfacher Anlagentechnik, die in keinem Verh\u00e4ltnis zu den konventionellen Siliziumherstellungsverfahren steht, Silizium gereinigt werden kann.
\nDie Reinigungswirkung konnte f\u00fcr metallurgisches Silizium oder Rohsilizium ebenso nachgewiesen werden wie f\u00fcr Sand. Auffallend ist, dass in den erzeugten Proben kein Kohlenstoff nachgewiesen werden kann. Das Gleiche gilt f\u00fcr Bor und Phosphor, die weder mit dem XPS noch mit dem SIMS-System nachgewiesen wurden. Die Konzentration dieser Stoffe im erzeugten Silizium ist f\u00fcr die Qualit\u00e4t der Solarzelle, die daraus hergestellt wird, entscheidend. <\/p>\n
Auf eine Beimischung zus\u00e4tzlicher Substanzen, die die Reinigungswirkung des Wasserstoffplasmas unterst\u00fctzen, konnte bis jetzt verzichtet werden. Da nur Sand, Wasserstoff und Argon im Plasma umgesetzt werden, sind die Kosten gering. Der Energieaufwand, der im Rahmen der bisher durchgef\u00fchrten Tests aufgezeichnet wurde, liegt nach derzeitigem Erkenntnisstand unter den Prognosen, die vor Projektbeginn gemacht wurden.<\/p>\n
Daten, die w\u00e4hrend der Versuche aufgenommen wurden, lassen den Schluss zu, dass der Siliziumpreis unter 10 \u0080 pro Kilogramm erzeugtes Silizium liegen wird.<\/p>\n
Das Plasma wird als Plasmafreistrahl bereitgestellt, in den der Ausgangsstoff eingemischt wird. Neben extrem hohen Temperaturen treten auch sehr gro\u00dfe Geschwindigkeiten auf. Dies erschwert die Abscheidung des Siliziums. Aufgrund der Anstr\u00f6mung mit mehrfacher \u00dcberschallgeschwindigkeit bildet sich vor den Proben eine Sto\u00dfwelle aus, die daf\u00fcr sorgt, dass ein Gro\u00dfteil des umgesetzten Pulvers nicht in das vorgesehene Aufnahmegef\u00e4\u00df str\u00f6mt, sondern mit der Str\u00f6mung am Gef\u00e4\u00df vorbei. Bei der Anstr\u00f6mung von Platten, B\u00e4nder oder Scheiben konnten deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden. Hier ist eine weitergehende Untersuchung von N\u00f6ten. <\/p>\n
Probenuntersuchungen erfolgten mit einem Photoelektronenspektrometer (XPS), welches im sp\u00e4teren Projektverlauf um ein Sekund\u00e4rionenmassenspektrometer (SIMS) erweitert wurde. Mit beiden Systemen konnte die Reinigungswirkung nachgewiesen werden. Die Reinigungswirkung an Rohsilizium und Quarzsand konnte mit dem SIMS-System nachgewiesen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen des DBU-Programms UMWELT BAUT BR\u00dcCKEN wurde das Projekt zwei Sch\u00fclergruppen aus Deutschland und Bulgarien vorgestellt. Die Sch\u00fclergruppen verfassten anschlie\u00dfend mit der Unterst\u00fctzung von professionellen Journalisten Zeitungsartikel \u00fcber das Projekt.<\/p>\n
Die Ver\u00f6ffentlichung der Projektergebnisse auf der Homepage der Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH ist, in Abstimmung mit der DBU, geplant.<\/p>\n
Unter Umst\u00e4nden werden Teile der Projektergebnisse auf der Tagung der Deutschen Gesellschaft f\u00fcr Plasmatechnologie ver\u00f6ffentlicht.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die Reinigungswirkung konnte nachgewiesen werden. In der Pilotanlage konnte bereits gezeigt werden, dass sowohl Quarzsand als auch Rohsilizium gereinigt werden kann. F\u00fcr beide Ausgangstoffe konnte mit Hilfe des SIMS-Systems qualitativ gezeigt werden, dass das aus dem Plasma abgeschiedene Silizium reiner war als die Ausgangstoffe. Die Konzentration der Verunreinigungen bewegte sich deutlich unterhalb der Empfindlichkeitsgrenze des XPS-Systems, also unter 0,1 -0,5 %. Der endg\u00fcltige Nachweis, dass die Anforderungen von Solargrade Silizium erreicht werden, konnte noch nicht gef\u00fchrt werden, da die Quantifizierung der SIMS-Ergebnisse im Projektzeitraum nicht mehr erarbeitet werden konnte. Hierf\u00fcr m\u00fcssen auf Basis der bisher gewonnenen Ergebnisse Referenzproben hergestellt und beschafft werden. Weiterhin muss die Abscheidung, speziell im Hinblick auf die Ausbeute, optimiert werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Wirtschaftliche Herstellung von Solargrade-Silizium mit Hilfe eines Plasmaverfahrens. Untersuchung der M\u00f6glichkeit der Reduktion von Siliziumdioxid mit Wasserstoff bei sehr gro\u00dfen Temperaturen (Metalloxid + H2 Metall + H2O), da hierbei als Abfallprodukt nur Wasser entsteht. Die Route hat im Vergleich zu den etablierten Verfahren den Vorteil, dass sie mit weniger Energie […]<\/p>\n","protected":false},"author":0,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[56,47,51,52],"class_list":["post-24122","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-baden-wuerttemberg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"23845\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-23845.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"125.000,00","dbu_projektdatenbank_firma":"Dr. Laure Plasmatechnologie GmbH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Schwanenstr. 12","dbu_projektdatenbank_plz_str":"70329","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Stuttgart","dbu_projektdatenbank_p_von":"2007-06-27 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2010-03-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"2 Jahre und 9 Monate","dbu_projektdatenbank_telefon":"(07 11) 4 20-61 55","dbu_projektdatenbank_inet":"www.laure-plasma.de","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Baden-W\u00fcrttemberg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"117","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"DBU-Abschlussbericht-AZ-23845.pdf","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24122","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24122\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":43028,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/24122\/revisions\/43028"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=24122"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=24122"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=24122"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}