03.11.2014

Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Bund fördert mit 4 Millionen Euro die Erforschung der Mechanik von Wafern und Solarzellen

Im Rahmen des Vorhabens „MechSi - Modellierung des mechanischen Verhaltens dünner Siliziumsubstrate und –solarzellen“ unterstützt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP über die nächsten fünf Jahre.

Innerhalb der weiterführenden BMBF-Initiative „Innoprofile-Transfer“ wird am Fraunhofer CSP in Halle im Vorhaben „MechSi“ die Weiterführung und der Ausbau einer fünfköpfigen Nachwuchsforschungsgruppe gefördert. Diese betreibt unter der Leitung von Prof. Dr. Jens Schneider angewandte Forschung im Bereich des Herstellungsprozesses von Siliziumwafer und -solarzellen, wo sie insbesondere die Substratherstellung und den Materialverlust unter die Lupe nehmen wollen. „Die Materialkosten machen mit knapp 30% immer noch einen deutlichen Kostenanteil am Photovoltaikmodul aus und darum hätte eine Kostensenkung an dieser Stelle nicht nur für die gesamte Wertschöpfungskette positive Auswirkungen, sondern wäre auch aus Sicht der Ressourceneffizienz wünschenswert,“ sagt Schneider.

Die Nachwuchsforschungsgruppe setzt dazu bei werkstoffmechanische Analysen von Sägeprozessen für Siliziumkristalle, wie beispielsweise mit Diamant besetzte Drahtsägen, und der struktur- und bruchmechanischen Simulation und Modellierung des Werkstoffes Silizium in der Prozesskette an. Ziel ist dabei auch die Erstellung eines umfassenden Versagensmodells für Siliziumwafer, das alle wesentlichen Einflüsse durch intrinsische Materialdefekte und Schädigungen durch den Herstellungs- und Verarbeitungsprozess, beispielsweise den Handhabungsschritten wie den Transport der Wafer auf Laufbändern und durch Greifer berücksichtigen.

„Mit Kapazitätssteigerung lassen sich in der Solar-Branche kaum noch Kosten reduzieren. Wir verstehen uns als Ansprechpartner für die einzelnen Hersteller, die sich von den Wettbewerbern im Markt durch Innovationen zu unterscheiden versuchen. Mit unseren Pilotlinien können wir für sie unerprobte Innovationen im geschützten Rahmen durchspielen und dort neue wissenschaftliche Erkenntnisse für die Praxis gewinnen“, erläutert Prof. Dr. Schönfelder, Gruppenleiter der vorangegangenen InnoProfile-Nachwuchsforschungsgruppe SiThinSolar und Begleiter des Forschungsvorhabens.

Mit der Bewilligung der Förderung wurde parallel an der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) eine neue Stiftungsprofessur mit dem Lehrgebiet „Mechanik von Werkstoffen der Photovoltaik“ an der Fakultät Maschinenbau und Energietechnik eingerichtet und mit der Forschungsgruppe verbunden. Die Stiftungsprofessur wird von dem Leiter der InnoProfille-Transfer-Gruppe am CSP, Jens Schneider, übernommen. „Die HTWK ist ein langjähriger Partner von Fraunhofer. Mit der Professur von Jens Schneider stärken wir die Verbindung zwischen Lehre und Forschung in der Region weiter“, sagt Prof. Dr. Jörg Bagdahn, Leiter des Fraunhofer CSP. Die Stiftungsprofessur, die durch Unternehmen der Region sowie der Leipziger Stiftung für Innovation und Technologietransfer finanziert wird, stellt den Technologietransfer zwischen Wissenschaft und Wirtschaft sicher, um die Region zu stärken und weitere Kompetenzzentren aufzubauen. Beteiligte Firmen sind Wavelabs aus Leipzig, Siltectra aus Dresden, Smart Membranes und Innotec Solar aus Halle, PV Crystalox aus Erfurt, SITEC Industrietechnologie aus Chemnitz und Hanwha Q Cells aus Bitterfeld.

Die Themen der Stiftungsprofessur und der Forschungsgruppe sind vor allem grundlagenorientiert, zielen aber passend zur angewandten Forschung am Fraunhofer CSP auf die werkstoffmechanische Analyse von Technologien in der Herstellung von Wafern, Solarzellen und –modulen sowie die Anwendung der Photovoltaik als Modul, Anlage oder System und den Bezug zum Strom- und Energiemarkt.

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