Forschung, Potential für die Energiewende

Unser Ziel:

ist die konventionelle Silizium Wafertechnologie zu erneuern.

Probleme der konventionellen Technologie treten bei der sehr aufwändigen Herstellung auf: Reduktion von Quarzsand, Reinigung von Rohsilizium durch Auflösen in Salzsäure und chemischer Gasphasenabscheidung, Silizium-Kristallisation durch Einschmelzen, kontrollierte Abkühlung, Silizium-Bulk in möglichst dünne Scheiben sägen. Die Waferproduktion ist aufwändig, energieintensiv und verursacht ennorme Treibhausgas-Emmision bezogen auf das Endprodukt.

Wir nutzen in unserem Innovationsprojekt statt Quarzsand herkömmliches Flachglas als Rohstoff für Solarzellen-Sillizium. Das darauf basierende Know-How mit der entsprechenden Technik führt nicht nur zu erheblicher Vereinfachung des Solarzellen-Produktionsprozesses, sondern liefert im Vergleich zum konventionellen Verfahren eine erhebliche Reduzierung der gesamten Produktionsenergie, inklusiv der für das Glas, um ca. 73%, und ebenfalls erhebliche Reduzierung von Treibhausgas-Emmisionen. Weitere Vorteile bezüglich Vermeidung schädlicher Umweltbelastung und aufwändiger späterer Recyclingmöglichkeit kommen hinzu.

Das neue CSS-Silizium auf Glas weist die Qualitätsmerkmale von kommerziellem polykristallinem Wafermaterial mit ausgerichteter Kristallfläche auf. Dabei ist es erstmalig möglich, prozessinhärent eine kristalline Silizium-Dünnschicht mit Rückseitenleitung auf Glassubstrat bereitzustellen. Die Solarzellenfunktion konnte gezeigt werden, für die zukünftig Wirkungsgrade bis 20% erreichbar sein sollten.

Gefördert durch die DBU
DBU Fachinfo: https://www.dbu.de/123artikel38136_2698.html
Abschlussbericht PDF: https://www.dbu.de/OPAC/ab/DBU-Abschlussbericht-AZ-32945_03-Hauptbericht.pdf

Hintergründe

Chemische Grundlage ist ein aluminothermischer Reduktionsprozess des im Glas zu etwa 72% enthaltenen Siliziumdioxids (SiO2):

4 Al + 3 SiO2 → 3 Si + 2 Al2O3

Unter Wärme und Druck wird Silizium direkt aus der Glasoberfläche synthetisiert, welches fest mit dem verbleibenden Glasträger verbunden ist. Ergebnis ist eine multikristalline Siliziumschicht auf dem Glas. Ein effektiverer Prozess ist kaum vorstellbar. Drei absolvierte Studien zur Machbarkeit, gefördert von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU AZ 32945_01 /_02/_03), zeigen die Machbarkeit und die elektronische Eignung des synthetisierten Siliziums mit erstaunlich guten Ergebnissen.

Das neue Verfahren wurde durch die TU Braunschweig zum Europäischen Patent angemeldet:

EP3513425

Erteilt am 16.11.2022. Initialisiert wurde das Verfahren durch Forschungsarbeiten mit ersten Syntheseproben im Labor unserer Firma. Testmessungen am Helmholtzzentrum Berlin ergaben Hinweise auf Kristallinität des synthetisierten Siliziumlayers.

Mit der Förderleitlinie der deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU) über Erforschung, Entwicklung und Nutzung neuer umweltgerechter Technologien wurden wir unter Voraussetzung von Hochschulkooperation für die Untersuchung der Machbarkeit der Umsetzung bis Ende des Jahres 2020 gefördert. Das Erfinderzentrum Norddeutschland unterstützte uns bei der Patent-Recherche und stellte den Kontakt zum Institut für Halbleitertechnik (IHT) der Technischen Universität Braunschweig her.

Mit dabei

Kooperationspartner sind das Institut für Halbleitertechnik der TU Braunschweig, Institut für Chemie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, MBE Leibnitz Universität Hannover, Physikalische Chemie Universität Hamburg.

Video

Dieses Infovideo wurde uns zur Verfügung gestellt, im Zuge unserer Nominierung für den Innovationspreis Niedersachsen 2018 in der Kategorie Kooperation.