Angepasste hocheffiziente Solarzellenkonzepte f\u00fcr kosteng\u00fcnstiges Silicium<\/p>\n
Neben der Steigerung des Wirkungsgrades von Solarmodulen ist auch die Reduktion der Herstellungskosten ein Weg, die Stromgestehungskosten der Solarenergie zu senken, was f\u00c3\u00bcr einen weiteren weltweiten Ausbau zwingend erforderlich ist. Der Rohstoffpreis f\u00c3\u00bcr Silicium wird gr\u00c3\u00b6\u00c3\u0178tenteils durch die Aufbereitung und Reinigung des Silicium-Feedstockes vor der Kristallisation verursacht. Standardm\u00c3\u00a4\u00c3\u0178ig erfolgt die Aufbereitung des metallurgischen Siliciums (mg-Si) durch den energieintensiven Siemens-Prozesses. Man erh\u00c3\u00a4lt sogenanntes electronic-grade Silicium (eg-Si) mit einer Reinheit von mindestens 99,99999 % (7N). Ersetzt man den Siemens-Prozess durch alternative Routen, die anstelle der Gasphasenreinigung den Feedstock durch Schmelzen und chemische Reinigung aufbereiten, so erh\u00c3\u00a4lt man sog. \u00e2\u20ac\u017eupgraded metallurgical grade\u00e2\u20ac\u0153 Silicium (umg-Si). Aktuell erreicht man eine Reinheit von 4 bis 6N f\u00c3\u00bcr umg\u00c2\u00ac Si. Durch die alternativen Reinigungsrouten kann der Energieverbrauch um einen Faktor 4 gesenkt werden, wodurch die Feedstockproduktion umweltfreundlicher wird und ein gro\u00c3\u0178es Potential zur Reduktion der Produktionskosten entsteht. Das erm\u00c3\u00b6glicht f\u00c3\u00bcr das fertige Solarmodul Energie-R\u00c3\u00bcckgewinnungszeiten von unter einem Jahr.<\/p>\n
Bisher variiert die Qualit\u00c3\u00a4t des umg-Si Feedstocks stark, was seine Eignung f\u00c3\u00bcr unterschiedliche Solarzellenkonzepte stark beeinflusst. W\u00c3\u00a4hrend umg-Si Feedstock der h\u00c3\u00b6chsten Reinheit das Potential hat in g\u00c3\u00a4ngigen Hocheffizienz-Solarzellenkonzepten eingesetzt zu werden, erfordert umg-Si Feedstock geringerer Reinheit angepasste Solarzellenkonzepte, die die geringere Diffusionsl\u00c3\u00a4nge und Lebensdauer der Ladungstr\u00c3\u00a4ger kompensieren und so den Wirkungsgradverlust durch die geringe Reinheit m\u00c3\u00b6glichst vermeiden. Dennoch ist dieser umg-Si \u00c3\u00a4u\u00c3\u0178erst interessant, da es den Kostenvorteil voll aussch\u00c3\u00b6pft. F\u00c3\u00bcr umg-Si geringerer Qualit\u00c3\u00a4t wurde am Fraunhofer ISE ein angepasstes Zellkonzept mit beidseitigem Emitter entwickelt, die sog. BSK-Solarzelle (beidseitig sammelnd und kontaktierbar, f\u00c3\u00bcr Ver\u00c3\u00b6ffentlichungen wird die Bezeighnung BOSCO f\u00c3\u00bcr \u00e2\u20ac\u017eboth sides contacted and collected\u00e2\u20ac\u0153 verwendet). Durch die beidseitige Emitterstruktur k\u00c3\u00b6nnen auch Ladungstr\u00c3\u00a4ger, die tief in der Solarzelle generiert werden und den Emitter auf der Vorderseite aufgrund geringer Diffusionsl\u00c3\u00a4nge im Material nicht erreichen, \u00c3\u00bcber den Emitter auf der R\u00c3\u00bcckseite gesammelt werden. Dadurch wird auch bei geringerer Materialqualit\u00c3\u00a4t ein Stromverlust vermieden, was materialbedingte Wirkungsgradverluste minimiert. Im Rahmen der Promotion wurden bereits erste BSK-Solarzellen auf mc-Si Materialien unterschiedlicher Reinheit und Qualit\u00c3\u00a4t hergestellt und ein Wirkungsgradvorteil gegen\u00c3\u00bcber dem aktuellen industriellen Standardsolarzellenkonzept f\u00c3\u00bcr alle Materialien erreicht.<\/p>\n
Ziel der Promotion ist es, die dabei angewandte Technologie in Hinblick auf ihre Industriereife weiter zu entwickeln, um materialbedingte Wirkungsgradverluste noch st\u00c3\u00a4rker zu minimieren. Daf\u00c3\u00bcr werden die Prozesse zur Herstellung auf die jeweiligen Materialeigenschaften angepasst. Zus\u00c3\u00a4tzlich zur Entwicklung und Charakterisierung der Solarzellen und der Prozesse zu ihrer Herstellung soll eine umfassende Materialuntersuchung durchgef\u00c3\u00bchrt werden. Aus den Ergebnissen soll es m\u00c3\u00b6glich sein, die Eignung von Solarzellenkonzepten f\u00c3\u00bcr Materialien unterschiedlicher Reinheit anhand der erarbeiteten Ergebnisse zu quantifizieren und auf dieser Basis eine Spezifikation f\u00c3\u00bcr unterschiedliche Materialklassen von umg-Si zu postulieren. Die Wettbewerbsf\u00c3\u00a4higkeit der Konzepte soll im Rahmen einer \u00c3\u00b6konomischen Studie untersucht werden soll.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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