SiThinSolar - Entwicklung von Fertigungstechnologien für die effizientere und wirtschaftlichere Herstellung von siliziumbasierten Solarzellen und Solarmodulen - Halle (2006-2011)

Das InnoProfile-Vorhaben

Die photovoltaische Industrie ist derzeitig der am stärksten wachsende Industriezweig im Land Sachsen-Anhalt. Auf Basis des antizipierten Wachstums ist mit einem weiteren deutlichen Wachstum in den nächsten Jahren zu rechnen. Derzeit sind am Standort Thalheim nahe Bitterfeld mehr als 1.000 Arbeitnehmer in der Fertigung von Solarzellen und -modulen beschäftigt. Für die Fertigungsstätten liegen Planung für Neuansiedlungen und Erweiterungen von produzierenden Firmen und Zulieferern vor. Die am Standort Thalheim produzierenden Firmen planen in den nächsten Jahren, ihre Produktion stark auszubauen und dadurch die Zahl der Beschäftigten zu erhöhen. Im Jahr 2010 wird mit bis zu 10.000 Beschäftigten gerechnet.

Momentan bestehen ca. 96 Prozent aller Solarzellen aus Silizium. Dabei werden überwiegend gesägte mono- oder multikristalline Siliziumwafer oder aus einer Schmelze gezogener Bänder als Ausgangsmaterial genutzt. Der restliche Anteil entfällt auf Dünnschichttechnologien. In verschiedenen Roadmaps und Marktanalysen besteht ein Einvernehmen darüber, dass Silizium in den nächsten Jahrzehnten das deutlich dominierende Material bei der Solarzellenfertigung bleiben wird. Dabei existiert der Trend den Materialeinsatz deutlich zu reduzieren, was zum verstärkten Einsatz dünnerer Wafer und der Entwicklung von Dünnschichttechnologien führt. Das InnoProfile-Vorhaben „SiThinSolar“ beschäftigt sich mit den Themengebieten:

  • waferbasierten Solarzellen
  • Mikrostrukturdiagnostik an Dünnschichtmaterialien
  • Solarmodule

Die Ziele

Im InnoProfile-Vorhaben „Entwicklung von Fertigungstechnologien für die effizientere und wirtschaftlichere Herstellung von siliziumbasierten Solarzellen und -modulen (SiThinSolar)“ am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik in Halle (Saale) werden Technologien zur Fertigung kostengünstigerer siliziumbasierter Solarzellen und -module entwickelt und optimiert. Diese Arbeiten erfolgen in enger Kooperation mit Firmen im regionalen Umfeld. Das Vorhaben unterstützt durch die Bearbeitung und Lösung von Kernfragen in der Fertigungskette (Waferdicke, Mikrostrukturuntersuchungen und Module) die industrielle Entwicklung der photovoltaischen Industrie Sachsen-Anhalts. Im Vorhaben werden Beiträge zum Einsatz neuer Materialien, zur Ausbeutesteigerung in der Fertigung und zur Verbesserung der Langzeitzuverlässigkeit erarbeitet. Darüber hinaus wird ein Forschungs- und Ausbildungsprofil für die Region entwickelt.

Die thematischen Schwerpunkte

  1. Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Wafern mit einer Dicke von 50- 100 µm
  2. Verständnis des Zusammenhanges zwischen Mikrostruktur und Oberflächenschädigungen auf die Festigkeit von dünnen Siliziumwafern
  3. Vorhersage von Ausfallwahrscheinlichkeiten bei der Fertigung und beim Einsatz der dünnen Wafer mittels probabilistischer Auslegungsmethoden
  4. Erforschung von Verfahren zur Fehlerlokalisierung in dünnen Wafern und Schichten, Verständnisbildung zwischen Mikrostruktur und Fehlern, Aufklärung und Interpretation von Zusammenhängen zwischen Mikrostruktur, Wirkungsgrad und Fehlstellen
  5. Untersuchungen zu Auswirkungen von Eigenspannungen auf den Wirkungsgrad und zur Reduzierung von Eigenspannungen bei Metallisierungsprozessen durch Ausnutzung von Relaxationsprozessen
  6. Untersuchungen zur Langzeitzuverlässigkeit von polykristallinen Siliziumstrukturen auf Gläsern, Entwicklung von Simulationstools zur thermomechanischen Analyse
  7. Verbesserung der elektrischen Kontaktierung und Zuverlässigkeit beim Löten
  8. Entwicklung von kostengünstigeren Polymerrahmen mit Natur- und Glasfaserverstärkung
  9. Entwicklung von Methoden zur Lebensdauervorhersage von Modulen auf Basis von Daten aus akzelerierten Tests

Die Partner

  • Q-Cells AG, Thalheim
  • EverQ Solar GmbH, Thalheim
  • CSG Solar AG, Thalheim
  • Galyxo GmbH, Thalheim
  • Brilliant 234. GmbH, Thalheim
  • SSF Solar Screen Factory, Thalheim
  • MABA, Wolfen
  • Resolut GmbH, Bitterfeld
  • Sawate GmbH, Halle

Kontakt

Dr. Stephan Schönfelder
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Walter-Hülse-Straße 1
06120 Halle
Tel.: 0345 5589-0
Fax: 0345 5589-101
E-Mail: stephan.schoenfelder[at]iwmh.fraunhofer.de
http://www.iwm.fraunhofer.de/sithinsolar



Die InnoProfile-Initiative entwickelt ihr regionales Innovationsprofil mit dem InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt DiaCell und der InnoProfile-Transfer-Stiftungsprofessur MechSi weiter.