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Neuer Basiswerkstoff für Solarzellen

04.08.1997 - (idw) Technische Universität Bergakademie Freiberg

Neuer Basiswerkstoff für Solarzellen

Die Erzeugung von elektrischem Strom mit Hilfe von Solarzellen ist eine Zukunftstechnologie der Energiegewinnung. Als Basiswerkstoff wird dabei Silizium verwendet, das in der Erdkruste als zweithäufigstes Element in riesigen Mengen verfügbar ist. Für Solarzellen ist reines Silizium erforderlich, welches in einem sehr komplizierten Herstellungsprozeß erzeugt werden muß. Die damit verbundenen Kosten verzögern eine Massenanwendung von Solarzellen.

Zur Zeit wird Solarsilizium aus Rücklaufmaterialien der Mikroelektronik hergestellt. Aus dieser Rohstoffquelle kann mit den bekannten Verfahren der ständig steigende Bedarf nicht mehr gedeckt werden. Es ist deshalb erforderlich, neue Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Solarsilizium zu erschließen. Zwar funktionieren Solarzellen aus extrem reinen Siliziumkristallen schon heute einwandfrei und sehr zuverlässig. Daher entwickelte sich die Photovoltaik in den letzten Jahren auch mit zweistelligen hohen Zuwachsraten rasant. Inzwischen sieht auch die Industrie ein großes Potential für Arbeitsplätze und neue innovative Produkte in dieser Zukunftstechnologie. Um auf dem Markt wettbewerbsfähig zu sein, ist es allerdings notwendig, preiswerte Verfahren zur Siliziumreinigung sowie neue Materialien und Kristallzüchtungsmethoden für die Photovoltaik zu entwickeln.

An der Technischen Universität Bergakademie Freiberg arbeiten Wissenschaftler interdisziplinär an dieser Aufgabe. Prof. Dr. Eberhard Buhrig vom Institut für Nichteisenmetallurgie und Reinststoffe und Prof. Dr. Hans-Joachim Möller vom Institut für Experimentelle Physik forschen gemeinsam mit ihren Mitarbeitern an einem neuen Material für Solarzellen: Silizium-Germanium-Kristalle mit hohem Anteil an Germanium. Die Züchtung von Si-Ge-Einkristallen mit einem ausreichend hohen Ge-Gehalt ist jedoch sehr schwierig. Deshalb entwickelten die Freiberger Wissenschaftler multikristallines Si-Ge-Ausgangsmaterial für Solarzellen. Die Kristallisation der Ge-Si-Legierungen wird in einem induktiv beheizten Ofen bei 1450°C durchgeführt. Die Verwendung dieser Heizart fördert die Durchmischung der Schmelze sowie die Entstehung von Kristallen mit relativ gleichmäßiger Zusammensetzung. Als Tiegel dient Quarz, das mit einer speziellen Schutzschicht versehen ist. Dadurch gelingt es, eine Schädigung der Kristalle bei der Abkühlung zu vermeiden. Es können multikristalline Legierungen bis zu einem Gehalt von über 20 % Germanium hergestellt werden. Dieser Konzentrationsbereich war bisher gezielten Grundlagenuntersuchungen und der Anwendung von Solarzellen nicht zugänglich. Die entwickelten Si-Ge-Kristalle sind zur Erzeugung von Solarzellen geeignet. In Zusammenarbeit mit der Firma Bayer Solar wurden mit dem gleichen Verfahren des weiteren Siliziumqualitäten für Solarzellen hergestellt, die verunreinigtes Recyclingmaterial aus der Mikroelektronik als Rohstoff nutzen.

Kontaktadressen: TU Bergakademie Freiberg Institut für NE-Metallurgie und Reinststoffe, Prof. Dr. Eberhard Buhrig, Tel: 03731/39-2017 Institut für Experimentelle Physik, Prof. Dr. Hans-Joachim Möller, Tel: 03731/392896 09596 Freiberg

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