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Teilvorhaben: Materialbedingte Limitierungen in kristallinem Si und Einfluss von Solarzellen-Prozessschritten

Das Projekt "Teilvorhaben: Materialbedingte Limitierungen in kristallinem Si und Einfluss von Solarzellen-Prozessschritten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Konstanz, Fachbereich für Physik durchgeführt. In dem Projekt sollen die Limitierungen der besten aktuellen, industrierelevanten Si-Materialien - mit erwarteten Lebensdauern über 1 ms - untersucht werden. Die Lebensdauerproben und Zellvorläuferstrukturen werden dabei auch den für bestimmte Hocheffizienzzelltechnologien spezifischen Hochtemperatur-, Getter- und H-Passivierschritten unterzogen, um das Vorliegen der Defekte nach Abschluss des Zellprozesses nachzustellen, welches für den erzielbaren Wirkungsgrad relevant ist. Auch sogenannte Regenerationsschritte werden zur Anwendung kommen. Über temperatur- und injektionsabhängige Lebensdauermessungen werden die Shockley-Read-Hall-Parameter der nichtstrahlenden Rekombination erfasst, die einen Fingerabdruck für die dominierenden und somit limitierenden Verunreinigungen darstellen. Welche Zellkenngrößen nach einem gegebenen Prozessfluss erwartet werden können, lässt sich anschließend mittels Simulationen vorhersagen. Hierbei können auch sehr unterschiedliche Zelltypen mit vergleichsweise geringem Aufwand untersucht und verglichen werden. Ebenso sollen die Auswirkungen von Prozessvariationen analysiert und Optimierungsstrategien entworfen werden.

Teilvorhaben: Materiallimitierende Defekte in TOPCon-Solarzellen: Analyse und Materialoptimierung

Das Projekt "Teilvorhaben: Materiallimitierende Defekte in TOPCon-Solarzellen: Analyse und Materialoptimierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Höchsteffiziente Solarzellen benötigen Basismaterialien mit Ladungsträgerlebensdauern von deutlich über 1 ms, um möglichst wenig durch die Materialqualität limitiert zu werden. Die besten aktuellen Materialien p- (implatieren von Fremdatomen) und n- (implantieren von Elektronen-Donatoren) Typ Cz-Si (Czochralsky Silizium), p-Typ HPM-Si (multikristallines Blockguss-Silizium), aber auch p- und n-Typ FZ-Si-(Float Zone - Silizium)) erreichen zwar sehr hohe Lebensdauern größer als 1 ms, weisen dennoch eine Begrenzung unterhalb des intrinsischen Auger-Limits auf. Über die limitierenden Defekte ist sehr wenig bekannt. Das Projekt hat zum Ziel, die limitierenden Defekte nach verschiedenen Höchsteffizienzprozesssen zu identifizieren, die Limitierung der Solarzellparameter zu quantifizieren und Optimierungsstrategien für ein hohes Wirkungsgradpotenzial zu erarbeiten. Das Vorhaben gliedert sich in vier Teilprojekte, in Teilprojekt 1 Materiallimitierende Defekte in TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)-Solarzellen: Analyse und Materialoptimierung, in Teilprojekt 2 'Analyse der materiallimitierenden Defekte in TOPCon-Solarzellen', in Teilprojekt 3 'Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen' und in Teilprojekt 4 'Materialbedingte Limitierung in kristallinem Silizium und Einfluss von Solarzellenprozessschritten'.

Teilvorhaben: Analyse der materiallimitierenden Defekte in TOPCon-Solarzellen

Das Projekt "Teilvorhaben: Analyse der materiallimitierenden Defekte in TOPCon-Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburger Materialforschungszentrum durchgeführt. Bei höchsteffizienten Solarzellen spielen Materialdefekte, die die Ladungsträgerlebensdauer limitieren, eine große Rolle. Selbst beste aktuelle Si-Materialien erreichen nicht immer Lebensdauern von mehreren Millisekunden. Im Projekt soll untersucht werden, welche Defekte Lebensdauern im ms-Bereich in aktuell besten, industrierelevanten Si-Materialien limitieren, wie sich die Defekte bei unterschiedlichen Höchsteffizienzprozessen verhalten und wie sich die negativen Auswirkungen durch optimierte Prozesse einschränken lassen. Das Vorhaben gliedert sich in vier Teilprojekte, in Teilprojekt 1 Materiallimitierende Defekte in TOPCon (Tunnel Oxide Passivated Contact)-Solarzellen: 'Analyse und Materialoptimierung', in Teilprojekt 2 'Analyse der materiallimitierenden Defekte in TOPCon-Solarzellen', in Teilprojekt 3 'Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen' und in Teilprojekt 4 'Materialbedingte Limitierung in kristallinem Silizium und' Einfluss von Solarzellenprozessschritten.

Teilvorhaben: Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen

Das Projekt "Teilvorhaben: Prozesseinflüsse auf die Ladungsträgerlebensdauer in Si-Materialien für höchsteffiziente Solarzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Solarenergieforschung GmbH durchgeführt. In diesem Projekt soll der Einfluss von Prozessschritte wie sie für die Herstellung höchsteffizienter Solarzellen erforderlich sind auf die Ladungsträgerlebensdauern in solarzellenrelevanten monokristallinen p- und n-Typ Czochralski-Silizium-Materialien und in blockgegossenem multikristallinen Silizium sowie in geringem Umfang in hochreinem Float-Zone-Silizium als Referenzmaterial untersucht werden. Ziel ist es, Prozessfolgen zu finden, die zu Ladungsträgerlebensdauern führen, die mit sehr hohen Wirkungsgraden größer als 25% kompatibel sind. Dies soll mit numerischen Bauelementsimulationen belegt werden. Die Untersuchungen sollen aufgrund der höheren Flexibilität und Aussagekraft der Ergebnisse in erster Linie an Lebensdauerteststrukturen durchgeführt werden, auf die der Einfluss verschiedener einzelner Prozesse bzw. Kombinationen von Prozessen, insbesondere Hochtemperaturschritte, Getterschritte und die Wechselwirkung von Volumendefekten mit Wasserstoff, analysiert werden soll. Auch Vor- und Nachbehandlungen des Materials sollen untersucht werden, wie z.B. die 'Tabula Rasa'-Vorbehandlung des Materials oder die nachträgliche Deaktivierung von Defekten bei gleichzeitiger Temperung und Ladungsträgerinjektion ('Regeneration').

Teilvorhaben: Messtechnik zur Qualitätsbewertung von Säulen und Wafern

Das Projekt "Teilvorhaben: Messtechnik zur Qualitätsbewertung von Säulen und Wafern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hennecke Systems GmbH durchgeführt. Die Ziele, die Hennecke in diesem Projekt verfolgt sind sehr stark orientiert an Verbesserungen und Neuentwicklungen der Waferinspektionsautomaten, die in der Folge einen Vorsprung vor den Mitbewerbern am Markt und erhöhte Chancen im Verkauf der Anlagen bedeuten. Insbesondere ein Waferratingverfahren und eine inline-Kornstrukturanalyse können für die Hennecke-Messtechnik ein Alleinstellungsmerkmal und Verkaufsargument sein.

Teilvorhaben: LAUE-Scanner zur Ermittlung der Kornorientierungen von polykristallinen Bricks und Wafern

Das Projekt "Teilvorhaben: LAUE-Scanner zur Ermittlung der Kornorientierungen von polykristallinen Bricks und Wafern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von XRD Eigenmann GmbH durchgeführt. Mit dem geplanten Vorhaben 'Q-Crystal' sollen mit Hilfe von schnellen und neuartigen Verfahren der Qualitätsbewertung von Säulen und Wafern die Herstellungsprozesse von Blocksilizium unter industriellen Bedingungen optimiert werden. In den vergangenen Jahren hat die Weiterentwicklung des multikristallinen Blocksiliziums zur Entwicklung der beiden Materialtypen des 'Mono-Cast' (MC) Siliziums und des 'High-Performance-Multi' (HPM) Siliziums geführt. Da sowohl in MC-Si als auch in HPM-Si die Art, Geometrie und Form der multikristallinen Körner und Korngrenzen eine zentrale Rolle spielen, muss die Kornstruktur zu 100% in einer Produktion gemessen werden können. Durch Kombination der Daten aus der optischen Kornstrukturanalyse mit diffraktometrischen Daten eines scannenden Laue-Messsystems soll eine Referenzmessmethode zur vollflächigen Analyse der kristallographischen Kornorientierungen und Korngrenztypen an ganzen Wafern so weiterentwickelt werden, dass hinreichend große Stichproben entlang eines Bricks in vertretbarer Messzeit vermessen werden können, um diese Messdaten auch tomographisch aufbereiten zu können.

Teilvorhaben: Industrielle Kristallisationsprozesse im G6-Format für die Solarzellenproduktion

Das Projekt "Teilvorhaben: Industrielle Kristallisationsprozesse im G6-Format für die Solarzellenproduktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ALD Vacuum Technologies GmbH durchgeführt. Die Firma ALD als führender Hersteller von Kristallisationsöfen zur Herstellung von Blöcken aus Solarzilizium als Vormaterial für die Solarzellenproduktion beabsichtigt im Rahmen des Forschungsvorhabens 'Q-Crystal' die industriellen Herstellungsprozesse für die Materialklassen 'High-Performance-Multi-Silizium' und 'Mono-Cast-Silizium' zu optimieren, um das Potenzial dieser Materialien hinsichtlich der Effizienz der daraus hergestellten Solarzellen voll auszuschöpfen. Dieser Optimierungsprozess schließt die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von High-Performance-Multikristallinen Blöcken mit erhöhtem Gewicht ein, um den spezifischen Energieverbrauch für diese Materialklasse zu senken und die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens zu steigern.

Teilvorhaben: Lebensdauer-basierte Analyse und Entwicklung eines Materialbewertungsverfahrens

Das Projekt "Teilvorhaben: Lebensdauer-basierte Analyse und Entwicklung eines Materialbewertungsverfahrens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freiberg Instruments GmbH durchgeführt. Das Gesamtziel des Vorhabens Q-Crystal ist es mit Hilfe von schnellen und neuartigen Verfahren der Qualitätsbewertung von Säulen und Wafern die Herstellungsprozesse von Blocksilizium unter industriellen Bedingungen zielgerichtet zu optimieren und damit die Qualität der daraus hergestellten Siliziumwafer zu steigern. Dies soll an einer hocheffizienten industriellen Solarzellenstruktur demonstriert werden.

Teilvorhaben: Vermeidung mikrostruktureller Defekte und Verfahren zur Qualitätsbewertung

Das Projekt "Teilvorhaben: Vermeidung mikrostruktureller Defekte und Verfahren zur Qualitätsbewertung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Im geplanten Vorhaben werden im Labor- und Industriemaßstab hochwertige Kristallisationsprozesse für High-Performance-Multi (HPM) und Mono-Cast (MC) Silizium entwickelt, deren verbesserte Materialqualität und Ausbeute an einer hocheffizienten PERC-Solarzellenstruktur demonstriert wird. Der Schlüssel zur zielgerichteten Optimierung der Kristallisationsprozesse und zur Bestimmung der Einflüsse von Feedstock und Keimmaterial auf die Defektentwicklung liegt in der im Projekt zu entwickelnden schnellen Mess- und Analysetechnik, die eine Bestimmung der relevanten Kristalleigenschaften am Brick bzw. Rohwafer erlaubt und damit ein schnelles Feedback in die Kristallisation und eine Vorhersage der erwarteten Solarzellenperformance ermöglicht.

Teilvorhaben: Evaluierung und Korrelation der Silizium Blockeigenschaften mit der Prozesstechnologie

Das Projekt "Teilvorhaben: Evaluierung und Korrelation der Silizium Blockeigenschaften mit der Prozesstechnologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie durchgeführt. Im Rahmen des Verbundvorhabens geht es um die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung von kostengünstigem und qualitativ hochwertigem multikristallinem Wafermaterial. Dabei ist die Zielstellung des Gesamtvorhabens fokussiert auf die Beeinflussung der initialen Gefügestruktur und der Reduktion des Verunreinigungshaushaltes für das hergestellte Kristallmaterial. Das Ziel der Arbeiten am Fraunhofer IISB in Erlangen und an seiner Außenstelle am Fraunhofer THM in Freiberg ist es, die Technologieentwicklung des Verbundvorhabens zur Herstellung von qualitativ hochwertigen multikristallinen Siliziumblöcken durch die Materialpräparation, Materialevaluierung und die Weiterentwicklung von Charakterisierungsmethoden zielführend zu begleiten.

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