Hocheffizienz Float-Zone Solarzellen hergestellt aus kostengünstigem Einsatzmaterial

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Abbildung 1: Elektrische Eigenschaften von Standard electronic-grade Float-Zone (FZ) Solarzellen im Vergleich mit Solarzellen aus dem hier untersuchten alternativen FZ basierten Vorziehprozess (pp-FZ).

Die Float-Zone (FZ) Methode erlaubt das Wachstum von Silizium-Kristallen mit hervorragenden Eigenschaften gerade in Hinblick auf die Sauerstoffkonzentration. Im Gegensatz zu anderen Wachstumsmethoden liegt diese hier um mehr als zwei Größenordnungen niedriger. Dadurch sind FZ Kristalle besonders für den Einsatz in der Leistungselektronik interessant. Aber auch bei Hocheffizienzsolarzellen wirkt sich dieser Punkt positiv aus, eine Degradation durch die Bildung von Bor-Sauerstoffkomplexen ist hier nicht zu erwarten. Die geringe Kohlenstoffkonzentration, ist begründet in dem kohlenstofffreien Aufbau von FZ-Anlagen. Der FZ-Prozess erlaubt um etwa Faktor zwei höhere Wachstumsraten und durch Gasphasendotierung kann ein homogener axialer Widerstandsverlauf gewährleistet werden. Ein niedriger Energieverbrauch, sowie die geringe Anzahl von Verbrauchsmaterialien (so handelt es sich hier um ein tiegelfreies Verfahren) führen zu weiteren Kostenvorteilen.

Neben den oben genannten Vorteilen, bringt die FZ-Methode aber auch einige Nachteile mit sich: die Spezifikation des Poly-Silizium Einsatzmaterials ist sehr restriktiv. Die verwendeten Einsatzstäbe müssen folgenden Eigenschaften genügen: rissfrei, krümmungsfrei, gute/glatte Oberlächenmorphologie, sowie mit einem ähnlichen Durchmesser wie der resultierende Kristall. Im Gegensatz zu Standard-Silizium Material bringt das einen erheblich höheren Marktpreis für die in Frage kommenden Stäbe, welche mit einem CVD-Prozess hergestellt werden, mit sich.

Als Alternative zu kostenintensiven herkömmlichen Einsatzstäben bietet sich das Vorziehen von Einsatzstäben mit einer angepassten, kostenoptimierten Vorzieh-Methode an: pre-pulling FZ (pp-FZ). Dieser Ansatz erlaubt die Verwendung von einfachem solar-grade Poly-Silizium, was derzeit günstig und in ausreichenden Mengen erhältlich ist.

In unseren Untersuchungen konnten wir zeigen, dass: (1) die Effizienz der so hergestellten Solarzellen vergleichbar mit bestem electronic-grade FZ-Material ist (siehe Abbildung), und (2) die Kostenstruktur des Float-Zone Prozesses basierend auf dem vorgezogenen Einsatzmaterial gegenüber dem herkömmlichen Prozess mit Einsatzstäben aus dem CVD-Prozess deutlich günstiger ist.