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\u00fcr einen weiteren weltweiten Ausbau zwingend erforderlich ist. Der Rohstoffpreis f\u00fcr Silicium wird gr\u00f6\u00dftenteils durch die Aufbereitung und Reinigung des Silicium-Feedstockes vor der Kristallisation verursacht. Standardm\u00e4\u00dfig erfolgt die Aufbereitung des metallurgischen Siliciums (mg-Si) durch den energieintensiven Siemens-Prozesses. Man erh\u00e4lt 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\u00e4lt man sog. \u201eupgraded metallurgical grade\u201c Silicium (umg-Si). Aktuell erreicht man eine Reinheit von 4 bis 6N f\u00fcr umg\u00ac Si. Durch die alternativen Reinigungsrouten kann der Energieverbrauch um einen Faktor 4 gesenkt werden, wodurch die Feedstockproduktion umweltfreundlicher wird und ein gro\u00dfes Potential zur Reduktion der Produktionskosten entsteht. Das erm\u00f6glicht f\u00fcr das fertige Solarmodul Energie-R\u00fcckgewinnungszeiten von unter einem Jahr.<\/p>\n
Bisher variiert die Qualit\u00e4t des umg-Si Feedstocks stark, was seine Eignung f\u00fcr unterschiedliche Solarzellenkonzepte stark beeinflusst. W\u00e4hrend umg-Si Feedstock der h\u00f6chsten Reinheit das Potential hat in g\u00e4ngigen Hocheffizienz-Solarzellenkonzepten eingesetzt zu werden, erfordert umg-Si Feedstock geringerer Reinheit angepasste Solarzellenkonzepte, die die geringere Diffusionsl\u00e4nge und Lebensdauer der Ladungstr\u00e4ger kompensieren und so den Wirkungsgradverlust durch die geringe Reinheit m\u00f6glichst vermeiden. Dennoch ist dieser umg-Si \u00e4u\u00dferst interessant, da es den Kostenvorteil voll aussch\u00f6pft. F\u00fcr umg-Si geringerer Qualit\u00e4t wurde am Fraunhofer ISE ein angepasstes Zellkonzept mit beidseitigem Emitter entwickelt, die sog. BSK-Solarzelle (beidseitig sammelnd und kontaktierbar, f\u00fcr Ver\u00f6ffentlichungen wird die Bezeighnung BOSCO f\u00fcr \u201eboth sides contacted and collected\u201c verwendet). Durch die beidseitige Emitterstruktur k\u00f6nnen auch Ladungstr\u00e4ger, die tief in der Solarzelle generiert werden und den Emitter auf der Vorderseite aufgrund geringer Diffusionsl\u00e4nge im Material nicht erreichen, \u00fcber den Emitter auf der R\u00fcckseite gesammelt werden. Dadurch wird auch bei geringerer Materialqualit\u00e4t ein Stromverlust vermieden, was materialbedingte Wirkungsgradverluste minimiert. Im Rahmen der Promotion wurden bereits erste BSK-Solarzellen auf mc-Si Materialien unterschiedlicher Reinheit und Qualit\u00e4t hergestellt und ein Wirkungsgradvorteil gegen\u00fcber dem aktuellen industriellen Standardsolarzellenkonzept f\u00fcr 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\u00e4rker zu minimieren. Daf\u00fcr werden die Prozesse zur Herstellung auf die jeweiligen Materialeigenschaften angepasst. Zus\u00e4tzlich zur Entwicklung und Charakterisierung der Solarzellen und der Prozesse zu ihrer Herstellung soll eine umfassende Materialuntersuchung durchgef\u00fchrt werden. Aus den Ergebnissen soll es m\u00f6glich sein, die Eignung von Solarzellenkonzepten f\u00fcr Materialien unterschiedlicher Reinheit anhand der erarbeiteten Ergebnisse zu quantifizieren und auf dieser Basis eine Spezifikation f\u00fcr unterschiedliche Materialklassen von umg-Si zu postulieren. Die Wettbewerbsf\u00e4higkeit der Konzepte soll im Rahmen einer \u00f6konomischen Studie untersucht werden soll.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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