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Solarsilizium aus Fensterglas und Aluminium

Atomstruktur Silizium. Foto: Helmholtz-Zentrum Berlin

Die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) fördert eine neuartige Dünnschicht-Solartechnologie, bei der Solarsilizium mit Hilfe von  Aluminium direkt aus dem Fensterglas erzeugt wird. Ziel des Folgeprojektes ist, nach der bewiesenen grundsätzlichen Machbarkeit das Verfahren reproduzierbar zu machen und zu standardisieren.

Das Forschungsvorhaben wird von der Sameday Media GmbH durchgeführt, die zusammen mit dem Institut für Halbleitertechnik an der Universität Braunschweig für das erste Projekt "Fensterglas+Aluminium=Silizium" für den Innovationspreis Niedersachsen 2018 im Bereich Kooperation nominiert wurde.

Wie die DBU mitteilte, wurden in dem vorangegangenen Projekt die grundsätzliche Machbarkeit einer völlig neuartigen Technologie zum direkten Erzeugen von Solarsilizium auf Glassubstraten mit einer Schichtdicke von circa 20 Mikrometer untersucht und die grundsätzliche Machbarkeit bestätigt. Hierbei wurden die Glasscheiben unter einem Druck von circa zwei Bar und einer Temperatur von circa 600 Grad Celsius mit Aluminium in Kontakt gebracht. Bei der sich einstellenden Redoxreaktion von Aluminium mit Siliziumoxid wird aus der Glasschicht heraus kristallines Silizium synthetisiert. Zwischen der Siliziumschicht und dem Glas ergeben sich eine für die Prozesssicherung vorteilhafte dünne Schicht mit hoher Aluminiumkonzentration sowie eine Aluminiumoxidschicht.

Das Verfahren spare in großem Umfang Energie ein, die üblicherweise für die Ingot- und Waferherstellung verbraucht werde, und zwar nach Abschätzung von Sameday rund 87 Prozent. Hinzu komme eine Reduktion des Materialbedarfs um circa 90 Prozent. Im Gegensatz zum derzeitigen Herstellungsverfahren von Solarsilizium ‒ bei dem 19 Kilogramm Neben- und Abfallstoffe pro Kilogramm Silizium entstehen ‒ handele es sich hier um ein völlig abfallfreies Verfahren.

In der zweiten Phase des vorangegangenen Projektes seien Proben mit einer Fläche von circa einem Quadratzentimeter auf einfachem Floatglas hergestellt worden. Dass dieser neuartige Syntheseprozess unterhalb der Aluminium-Schmelztemperatur durch ein Zusammenwirken von oxidierten Grenzflächen bestimmt wird, sei dabei eine grundlegende Erkenntnis. Hierüber wurde ein internationales Patent angemeldet und bereits veröffentlicht. Die physikalisch chemischen Untersuchungen belegten sowohl die sehr gute Kristallinität der Siliziumschicht als auch deren hohe Reinheit. Nachfolgende Reinigungsverfahren erscheinen nicht notwendig.

Hauptziel des nun gestarteten Folgeprojektes sei die Entwicklung eines robusten Verfahrens zur reproduzierbaren Herstellung von Proben mit einer homogenen Siliziumfläche von zwei mal zwei Quadratzentimetern. Hierzu sollen die physikalisch chemischen Prozessabläufe weiter untersucht werden, um die Aluminium-Dotierung noch weiter zu reduzieren und das epitaktische Kristall-Wachstum weiter zu verbessern. Insbesondere sei die Funktionalität von Diffusionskanälen in der Aluminiumoxid-Barriere von Bedeutung sowie die Funktionalität des Oxidlayers als Epitaxieschicht. Mit den hergestellten optimierten Probenkörpern sollen erste Solarzellen am Helmholtz-Zentrum Berlin prozessiert werden, um den potentiellen Wirkungsgrad durch Vergleiche zu bestehenden kristallinen Silizium-Dünnschicht-Ansätzen nachzuweisen. Abschließend erfolgt die wirtschaftliche Bewertung im Hinblick auf eine großtechnische Herstellung.

Die DBU fördert das Projekt mit rund 330.000 Euro.

23.1.2019 | Quelle: DBU  | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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