MechSi - Modellierung des mechanischen Verhaltens dünner Siliziumsubstrate und -solarzellen - Halle

Die InnoProfile-Initiative "SiThinSolar" (2006-2011) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle wird im Rahmen der weiterführenden BMBF-Initiative „InnoProfile-Transfer“ im Vorhaben „MechSi - Modellierung des mechanischen Verhaltens dünner Siliziumsubstrate und –solarzellen“ für fünf Jahre gefördert (Projektbeginn: 01.10.2014). Die Förderung ermöglicht die Weiterführung und den Ausbau einer fünfköpfigen Nachwuchsforschungsgruppe am Fraunhofer CSP aus der vorangegangenen InnoProfile-Initiative „SiThinSolar“. Mit der Bewilligung wurde an der HTWK Leipzig eine neue Stiftungsprofessur mit dem Lehrgebiet „Mechanik von Werkstoffen der Photovoltaik“ an der Fakultät Maschinenbau und Energietechnik eingerichtet und dadurch die Forschungsgruppe mit der Hochschule verbunden. Diese Stiftungsprofessur, die gleichzeitig die Leitung der Forschungsgruppe am Fraunhofer CSP übernimmt, wird vollständig durch Unternehmen der Region finanziert und stellt so den Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sicher, um die Region zu stärken und wichtige Kompetenzen aufzubauen. Dabei hat das InnoProfile-Transfer-Vorhaben „MechSi“ insbesondere die Aufgabe, die Region hinsichtlich des wirtschaftlichen und technologischen Profils in enger FuE-Abstimmung mit den Unternehmen zu schärfen sowie die Aus- und Weiterbildung themenspezifisch zu prägen, um den Nachwuchs und die Mitarbeiterqualifizierung der regionalen Unternehmen zu sichern. Dazu sollen die Forschungsarbeiten der Nachwuchsforschungsgruppe „MechSi“ durch einen Industriebeirat aus den unterstützenden Mitgliedern begleitet werden. Damit ist gewährleistet, dass die Forschungsarbeiten entlang des regionalen Forschungs- und Innovationsprofils durchgeführt werden und durch die Anbindung an die HTWK Leipzig aktuelle Forschungsthemen in die Aus- und Weiterbildung einfließen.

Die Ziele

Das Gesamtziel des Vorhabens „MechSi - Modellierung des mechanischen Verhaltens dünner Siliziumsubstrate und –solarzellen“ ist die grundlegende Erforschung der mechanischen Zusammenhänge zwischen den Materialeigenschaften und den Prozesswirkungsweisen im Bereich der kristallinen Photovoltaik. Dabei definiert sich der Lösungsansatz in den jeweiligen Fragestellungen aus der Kombination zwischen Simulationsmodellen, gezielten Experimenten in Labor und Produktion sowie mikrostrukturellen Untersuchungen, wodurch sich interdisziplinär umfassende Erkenntnisse und Zusammenhänge ableiten lassen. Im Einzelnen werden folgende Ziele verfolgt:

1.      Erstellung eines Modells zur Prozesssimulation im Drahtsägen

2.      Erstellung eines umfassenden Versagensmodells für Siliziumwafer

3.      Entwicklung neuer Verfahrensprinzipien in der Spannungsoptik und Nutzung

         zur Defektdetektion

4.      Erstellung eines mechanischen Modells für kristalline Solarzellen

5.      Erstellung eines Schädigungsmodells für Siliziumwafer

Die thematischen Schwerpunkte

Die Arbeiten in Vorhaben „MechSi“ gliedern sich in drei Arbeitsschwerpunkte. Dabei werden der Einfluss des Ausgangsmaterials mit der Herstellung des Rohsiliziums, der Kristallisation der Siliziumblöcke (mono- sowie multikristallin) oder die direkte Kristallisation von Wafern als Eingangsparameter in die Untersuchungen einbezogen.

Drahtsägen und alternative Technologie

Hier wird die Technologie zur Herstellung der Wafer untersucht und weiterentwickelt. Schwerpunkte liegen auf neuen Verfahren und verbesserten Prozessen zum Sägen der Wafer sowie geringeren Dicken der gesägten Wafer.

Mechanische Modellierung dünner Wafer und Zellen

Einen Schwerpunkt des Vorhabens bildet die Simulation der Prozesse zum Sägen der Wafer, um das detaillierte Verständnis für den mikroskopischen Mechanismus des Sägens zu erhöhen und gezielt den Prozess verbessern zu können.

Handhabung dünner Wafer und Zellen

Einen weiteren thematischen Schwerpunkt bildet die nachfolgende Handhabung der hergestellten Wafer und Zellen unter Berücksichtigung und in Wechselwirkung mit ihrer durch die Bearbeitung beeinflussten Eigenschaften.

Die in den thematischen Schwerpunkten erzielten Ergebnisse werden in Bezug auf ihre Auswirkungen in der nachfolgenden Herstellung von Solarmodulen und deren Betrieb im System untersucht und bewertet. Damit sind die Themen des Vorhabens „MechSi“ in die Wertschöpfungskette der Photovoltaik integriert und leisten ihren Beitrag zur Verbesserung und Kostenreduktion für den Strom aus Sonnenlicht.

Die Partner

Das Projekt wird von der im August 2014 eingerichteten Stiftungsprofessur „Mechanik von Werkstoffen der Photovoltaik“ geleitet. Stiftende Unternehmen:

  • Hanwha Q CELLS, Bitterfeld
  • ITS Innotech Solar Module GmbH, Halle (Saale)
  • PV Crystalox Solar Silicon GmbH, Erfurt
  • SILTECTRA GmbH, Dresden
  • SITEC Industrietechnologie GmbH, Chemnitz
  • SmartMembranes GmbH, Halle (Saale)
  • WAVELABS Solar Metrology Systems GmbH, Leipzig
  • Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer, Leipzig

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Jens Schneider
Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP
Otto-Eißfeldt-Straße 12
06120 Halle/Saale
Tel.: 0345 5589-5500
Fax: 0345 5589-5999
E-Mail: 
jens.schneider[at]csp.fraunhofer.de

Berichterstattung aus dem "Blickpunkt" finden Sie hier.

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt SiThinSolar finden Sie hier. Weitere Informationen zum ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Verbundprojekt DiaCell finden Sie hier.