KosmoS – Kostenoptimierte Hocheffizienz-Solarzellen aus Sauerstoff-armem n-Typ mono Silicium für die industrielle Massenfertigung

Laufzeit: April 2015 - April 2018
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Kooperationspartner: RCT Solutions GmbH, PV Crystalox Solar Silicon GmbH, PVA TePla AG, ISC Konstanz e.V.
Projektfokus:
Float Zone Anlage
© Fraunhofer ISE

Float Zone Anlage FZ-14 (links), Siliciumschmelzzone während des Prozesses (Mitte) und resultierender Mono-Kristall (rechts).

Variation des elektrischen Widerstandes
© Fraunhofer ISE

Variation des elektrischen Widerstandes durch Dotierung aus der Gasphase. Mit der gewählten Gasmischung kann der Widerstand zwischen 1 und 10 Ohm cm eingestellt werden.

Das prädestinierte Material für hocheffiziente Solarzellen ist Float-Zone-Silicium, aufgrund einer um zwei Größenordnungen geringeren Sauerstoffkonzentration, einer herausragend niedrigen Konzentration von Restverunreinigungen und einer sehr homogenen Widerstandsverteilung. In Kombination mit einem n-Typ Rückseitenemitter-Zellkonzept ergeben sich exzellente Wirkungsgradpotenziale, die konventionellem Czochralski-Material überlegen sind. Die aktuell größten Herausforderungen sind die Kristallisation von Stäben mit >200mm Durchmesser, sowie die kostengünstige Bereitstellung von FZ-tauglichen Vorratsstäben. Diese zwei Themen stehen für das Fraunhofer CSP im Fokus des Forschungsprojektes »KosmoS«.

Der am Fraunhofer CSP entwickelte Herstellungsprozess für Float-Zone-taugliche Vorratsstäbe, das sogenannte »pre-pulling Verfahren«, eröffnet die Möglichkeit, kostengünstiges Solar-Silicium für die Herstellung von Float-Zone-Kristallen zu verwenden. Dies beinhaltet ein enormes Kostensenkungspotential für die Float-Zone-Technologie. Mit unserem pp-FZ (pre-pulling Float Zone) Prozess können Vorratsstäbe unterschiedlicher Durchmesser hergestellt werden, angepasst auf den Durchmesser der zu kristallisierenden Float Zone Ingots. Diese Vorratsstäbe benötigen keine weiteren mechanischen oder chemischen Bearbeitungsschritte, sondern können direkt für den Float Zone Prozess verwendet werden. Als wichtigsten Meilensteine des Projekts sind bislang die Erhöhung des Kristalldurchmessers und die Implementierung der Gasphasendotierung zu nennen. Es ist erstmals gelungen, Float-Zone-Kristalle aus vorgezogenen Vorratsstäben mit einem Durchmesser von 6“ herzustellen. Im weiteren Projektverlauf soll dies nun auf 7“ und auf 8“ erweitert werden. Die Inbetriebnahme der Gasphasendotiereinrichtung ermöglicht es uns, gezielte Widerstandsprofile im Kristall einzustellen und auch für Verteilungskoeffizienten von <<1 einen homogenen axialen Dotierstoffverlauf erzeugen zu können. Hierzu wird verdünntes Phosphin oder Diboran aus der Gasphase direkt in die Siliciumschmelze eingebracht, bzw. auf die flüssige Schmelzzone geblasen und von der Schmelze absorbiert. Die Dotiervorrichtung wurde für p- und für n-Typ Kristalle erfolgreich getestet.