Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Die Bedeutung der Photovoltaik als Energiequelle hat in den letzten Jahren stark zugenommen. 2013 wurden in Deutschland ungefähr 30 Milliarden kWh Strom über Photovoltaik erzeugt (das entspricht 4,7 Prozent der gesamten Stromerzeugung). Dies wurde durch den starken Zubau von Photovoltaik-Modulen möglich, sowohl in Deutschland und weltweit. Durch die erhöhte Nachfrage nach Photovoltaik-Modulen und das dementsprechend weltweit angestiegene Produktionsvolumen sanken in den letzten Jahren insgesamt die Preise für Photovoltaik-Anlagen. Diese Entwicklung in Verbindung mit weiter steigenden Wirkungsgraden neuerer Solarzellen hatte zur Folge, dass auch die Erzeugungskosten pro kWh „Solarstrom“ auf ein grundsätzlich marktfähiges Niveau sanken.

Um die Photovoltaik auch langfristig als regenerative Energiequelle zu nutzen, müssen die Kosten jedoch weiter gesenkt werden. Bei der kristallinen Photovoltaik macht die Herstellung des Siliziummaterials bis hin zum Wafer, dem Grundsubstrat für die Solarzellen, ungefähr ein Drittel der Gesamtkosten aus. Hier gibt es also erhebliches Sparpotenzial. Ein Schwerpunkt bei der Herstellung des Siliziummaterials ist das Multi-Drahtsägen. Hier werden in einem Trennläppprozess mittels einer Vielzahl von dünnen Stahldrähten und einer Schleifsuspension aus einem Siliziumblock mehrere tausend ca. 180 µm dicke Siliziumwafer hergestellt. Aufgrund der geringen Waferdicke liegt der Materialverlust durch den für die Herstellung jedes Wafers notwendigen Sägespalt bei bis zu 50 Prozent. In den letzten Jahren wurden neue Technologien entwickelt, z.B. das Diamantdrahtsägen oder sägespaltfreie Herstellmethoden. Diese Verfahren haben das Ziel, die Materialverluste in der Herstellung zu minimieren und die Produktivität durch kürzere Prozesszeiten zu erhöhen, um so insgesamt Kosten zu senken.
 

Die Ziele

Im InnoProfile-Transfer-Vorhaben DiaCell sollen durch die Anwendung innovativer Prozesse die Kosten der Waferherstellung und entlang der weiteren Prozesskette bis zum Photovoltaik-Modul gesenkt werden. Beginnend beim Drahtsägeprozess wird das Diamantdrahtsägen analysiert, um die Herstellung dünner Siliziumwafer (110-200 µm dick) mit einer hohen Ausbeute zu gewährleisten. Dabei soll die aufwendige Reinigung der Wafer mithilfe neuer intelligenter Phasen-Fluide erprobt und verbessert werden. Ein weiterer Themenschwerpunkt bei der Waferherstellung sind die spaltfreien Verfahren, bei denen das Material ohne Sägespalt durch einen laufenden Riss getrennt wird und so dünne Wafer hergestellt werden können.

Diese unterschiedlichen innovativen Waferherstellungsverfahren bedingen veränderte Eigenschaften der Wafer und werden im Vorhaben auch in ihrer Auswirkung in der nachfolgenden Zell- und Modulproduktion bewertet. Dabei werden die neuen Wafertypen mit herkömmlichen und neuen Zellkonzepten getestet und die Prozesse auf diese Wafer optimiert, um ganzheitlich entlang der Wertschöpfungskette das Potenzial zur Kostensenkung zu nutzen. Nur die Betrachtung einzelner innovativer Prozessschritte in Bezug auf die gesamte Herstellungskette von Photovoltaikmodulen erlaubt eine ausreichende Bewertungs- und Optimierungsmöglichkeit.
 

Die thematischen Schwerpunkte

Im Einzelnen werden folgende Themen im Vorhaben bearbeitet:
 

• Diamantdrahtsägen zur Herstellung dünner Siliziumwafer
• Weiterentwicklung von Reinigungsschritten für Wafer unter Einsatz intelligenter Fluide
• Herstellung von Siliziumwafern mittels sägespaltfreier Methoden – Wafersplitting nach dem SILTECTRA®-Verfahren
• Herstellung von Solarzellen auf Basis diamantdrahtgesägter und gesplitteter Wafer in verschiedenen Zellkonzepten (Standard Al-BSF, PERC, etc.)
• Herstellung von Photovoltaikmodulen mit neuartigen Wafertypen und Zellkonzepten

Alle Themenbereiche beinhalten neben den technologischen Fragestellungen auch die intensive Analyse und Optimierung von der einzelnen Prozessbewertung bis zu Zuverlässigkeitsanalysen und Lebensdauervorhersagen für Module.
 

Die Partner

• Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, Halle
• SILTECTRA GmbH, Dresden
• Bubbles and Beyond GmbH, Leipzig
• Hanwha Q Cells GmbH, Bitterfeld-Wolfen
• Innotech Solar – ITS Halle Cell GmbH, Kabelsketal

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Stephan Schönfelder
Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Otto-Eißfeldt-Straße 12
06120 Halle/Saale
Tel.: 0345 5589-5310 
Fax: 0345 5589-5999 
E-Mail: stephan.schoenfelder[at]csp.fraunhofer.de


Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.


Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt SiThinSolar finden Sie hier. Weitere Informationen zur ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur MechSi finden Sie hier.