SiThinSolar
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
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SiThinSolar - Entwicklung von Fertigungstechnologien für die effizientere und wirtschaftlichere Herstellung von siliziumbasierten Solarzellen und Solarmodulen - Halle
Übersicht
Die photovoltaische Industrie ist eine der am stärksten wachsenden Industriezweige im Land Sachsen-Anhalt. Auf Basis des antizipierten Wachstums ist mit einem weiteren 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
Im InnoProfile-Vorhaben »Entwicklung von Fertigungstechnologien für die effizientere und wirtschaftlichere Herstellung von siliziumbasierten Solarzellen und -modulen (SiThinSolar)« am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM 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.
Gefördert durch
Inhalte
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- Entwicklung von Technologien zur Herstellung von Wafern mit einer Dicke von 50- 100 µm
- Verständnis des Zusammenhanges zwischen Mikrostruktur und Oberflächenschädigungen auf die Festigkeit von dünnen Siliziumwafern
- Vorhersage von Ausfallwahrscheinlichkeiten bei der Fertigung und beim Einsatz der dünnen Wafer mittels probabilistischer Auslegungsmethoden
- 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
- Untersuchungen zu Auswirkungen von Eigenspannungen auf den Wirkungsgrad und zur Reduzierung von Eigenspannungen bei Metallisierungsprozessen durch Ausnutzung von Relaxationsprozessen
- Untersuchungen zur Langzeitzuverlässigkeit von polykristallinen Siliziumstrukturen auf Gläsern, Entwicklung von Simulationstools zur thermomechanischen Analyse
- Verbesserung der elektrischen Kontaktierung und Zuverlässigkeit beim Löten
- Entwicklung von kostengünstigeren Polymerrahmen mit Natur- und Glasfaserverstärkung
- Entwicklung von Methoden zur Lebensdauervorhersage von Modulen auf Basis von Daten aus akzelerierten Tests
Partner
- CSG Solar AG, Thalheim
- Innotech Solar Halle GmbH, Halle
- MABA, Wolfen
- Q-Cells SE, Thalheim
- Sovello AG, Thalheim
Gruppe
Leiter der Nachwuchsgruppe:
Dr.-Ing. Stephan Schönfelder
Gruppenmitglieder:
Carola Klute
Ringo Köpge
Susanne Richter
Sina Swatek
Stefan Schulze
Martin Sander
Matthias Weps
Publikationen
2010
Richter, S.; Hagendorf, C.;Kaufmann, K.; Lausch, D.; Naumann, V.; Werner, M., Local Trace Analysis with ToF-SIMS on SiC and Si3N4 Precipitates and Grain Boundaries in Multicrystalline Silicon, Spring Meeting E-MRS, 2010 (Vortrag)
Sander, M.; Henke, B.; Schweizer, S.; Ebert, M.; Bagdahn, J., PV Module Defect Detection by Combination of Mechanical and Electrical Analysis Methods, IEEE Photovoltaics Specialists Conference, 2010
Ganapati, V.; Schoenfelder, S.; Castellanos, S.; Oener, S.; Buonassisi, T., Infrared Birefringence Imaging of Residual Stress and Bulk Defects in Multicrystalline Silicon, Spring Meeting E-MRS, 2010 (Poster)
Ganapati, V.; Schoenfelder, S.; Castellanos, S.; Oener, S.; Buonassisi, T., Infrared Birefringence Imaging of Residual Stress and Bulk Defects in Multicrystalline Silicon, IEEE Photovoltaics Specialists Conference, 2010
Sarau, G.; Bochmann, A.; Christiansen, S.; Schoenfelder, S., Stresses and Their Relation to Defects in Multicrystalline Solar Silicon, IEEE Photovoltaics Specialists Conference, 2010
2009
Naumann, V.; Hagendorf, C.; Werner, M.; Henke, B.; Schmidt C.; Nekarda, J.-F.; Bagdahn, J., Local Electronic Properties and Microstructure of Individual Laser-Fired Contacts, Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2009
Sander, M. and Ebert, M., Vibration Analysis of PV Modules by Laser-Doppler Vibrometry, Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2009
Schoenfelder, S.; Sampson, A.; Ganapati, V.; Koepge, R.; Bagdahn, J.; Buonassisi, T., Quantitative Stress Measurements of Bulk Microdefects in Multicrystalline Silicon. Proceedings of 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2009
Schulze, S.-H., Influence of Vacuum Lamination Process on Laminate Properties, Proceedings of the 24th European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2009
Straube, H.; Breitenstein, O.; Wagner, J.-M., Lock-in thermography on crystalline silicon on glass (CSG) thin film modules: influence of Peltier contributions, Proceedings of the 24th European Solar Energy Conference, 2009
Werner, M.; Schubert, U.; Hagendorf, C.; Schneider, J.; Keevers, M.; Egan, R., Thin Film Morphology, Growth and Defect Structure of E-Beam Deposited Silicon on Glass, Proceedings of the 24th European Solar Energy Conference, 2009
Schoenfelder, S.; Bagdahn, J., Characterizing Strength of Thin Silicon Samples, Material Research Society Fall Meeting (Presentation), 2009
Ganapati, V.; Castellanos, S.; Schoenfelder, S.; Oener, S.; Buonassisi, T., Stress Analysis of Bulk Microdefects in Multicrystalline Silicon Solar Cell Wafers Using Infrared Birefringence Imaging, Material Research Society Fall Meeting (Poster), 2009
Straube, H.; Wagner, J.-M.; Breitenstein, O., Measurement of the Peltier coefficient of semiconductors by lock-in thermography, Applied Physics Letters, 95, 052107, 2009
2008
Dietrich, S.; Pander, M.; Ebert, M.; Bagdahn, J., Mechanical Assessment of Large Photovoltaic Modules by Test and Finite Element Analysis, Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008
Schulze, S.-H.; Dietrich, S.; Ebert, M.; Bagdahn, J., Development of Test Methods for Polymer Material Characterization in View of Long-Term Durability of PV-Modules, Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008
Schmidt D.; Hagendorf C.; Werner M.; Altmann F.; Bagdahn J., Analysis of Micro Cracks in Silicon Material Using Ion Beam Polishing Techniques, Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008
Werner M.; Hagendorf C.; Breitenstein O.; Altmann F.; Bagdahn J., High-Resolution Electron-Beam Induced Current Imaging of the P-N Junction in Crystalline Silicon on Glass (CSG) Solar Cells, Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008
Bohne A.; Schönfelder S.; Hagendorf C.; Schmidt D.; Bagdahn J., The Influence of the Wire Sawing Process on Mono- and Multicrystalline Silicon Wafers, Proceedings of 23rd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2008
Schoenfelder S.; Bohne A.; Bagdahn J., Mechanical Strength of Mono- and Multicrystalline Silicon Wafers, 18th Workshop on Crystalline Silicon Solar Cells & Modules: Materials and Processes, 2008, Vail, CO, USA
2007
Schoenfelder, S.; Bohne, A.; Bagdahn, J. ,Comparison of Test Methods for Strength Characterization of Thin Solar Wafer, 22nd European Photovoltaic Solar Energy Conference, 2007
Schoenfelder, S.; Bohne, A.; Bagdahn, J., Strength Characterization and Proof Testing of Thin Solar Wafer,17th International Photovoltaic Science and Engineering Conference, 2007
Veranstaltungen
5. Status-Workshop
»Mikrostrukturelle und mechanische Fragestellungen in der Herstellung kristalliner Siliziumwafer und Solarzellen«
12. Oktober 2011
Seminarraum des Fraunhofer-Instituts für Werkstoffmechanik IWM,
Walter-Hülse-Straße 1
Hier können Sie sich das Workshop-Material herunterladen.
4. Status-Workshop am 24.02.2011
Hier können Sie sich das Workshop-Material herunterladen.
fileadmin/media/xp_sithinsolar/Workshop-Material (ZIP)
Filme (ZIP)
2nd Symposium: Mechanical Issues in Manufacturing & Application of Solar Cells and Modules
26.-28. September 2010
Hörsaal des
Leibniz-Institut für Agrarentwicklung in Mittel- und Osteuropa (IAMO)
Aktuelles
Wissenschaftsjahr 2010 – Energie der Zukunft
Das Wissenschaftsjahr widmet sich der Zukunft der Energie. Im Mittelpunkt stehen die neuen Ansätze der Energieforschung weltweit und vor allem die Arbeit der deutschen Forscherinnen und Forscher in diesem Bereich – quer durch die verschiedenen Fachdisziplinen. Dr. Stephan Schönfelder ist Themenbotschafter des Fraunhofer IWM.
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt mit dem Förderkennzeichen 03IP607 wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) betreut.
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