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Magnetfelder erhöhen Waferausbeute

08. Dezember 2009 | Topnews, Forschung und Entwicklung, Fachwissen und Technik

Forscher zweier Fraunhofer-Institute sowie des Photovoltaik-Konzerns Solarworld setzen Magnetfelder ein, um die Siliziumschmelze im Tiegel gut durchzurühren. Sie wollen damit Verunreinigungen bei der Siliziumherstellung reduzieren.

Forscher von zwei Fraunhofer-Instituten und des Photovoltaik-Konzerns Solarworld AG haben eine Technik entwickelt, die Materialfehler in der Schmelze reduzieren soll. Mit Hilfe von Magnetfeldern mischen sie die Schmelze im Tiegel gleichmäßig durch. So können sich Verunreinigungen nicht in den langsam fließenden Bereichen, den so genannten Todwasserzonen, ansammeln. Stattdessen wandern die unerwünschten Stoffe in die Kappe des Siliziumblocks, die nach dem Aushärten ohnehin abgeschnitten und recycelt wird. So bleibe der eigentliche Block frei von Materialfehlern und das erhöhe die Waferausbeute, gaben die Forscher der Fraunhofer-Institute aus Erlangen und Freiberg an. Denn ob aus einem Wafer eine hochwertige kristalline Solarzelle wird, entscheidet sich bereits wenn die Siliziumschmelze zu einem Block erstarrt.
Wenn die 1500 Grad Celsius heiße Siliziummasse langsam auskristallisiert, gehen Verunreinigungen wie Kohlenstoff und Stickstoff vom Tiegel in die Schmelze über. Nach dem Erstarren des Siliziumblocks bilden sich daraus Karbide und Nitride, die als Materialfehler die weitere Wafer-Produktion erschweren. Die Materialfehler sind härter als das Silizium und verursachen daher beim Zersägen des Siliziumblocks Probleme. Der Sägedraht würde ausbrechen oder gar zerreißen, wenn er auf die Verunreinigungen trifft. Zudem könnten die Materialfehler Kurzschlüsse im Wafer verursachen, die den Wirkungsgrad der fertigen Solarzelle senken. Durch den Einsatz von Elektromagneten wollen die Forscher diese Probleme vermeiden und damit die Herstellungskosten für Solarzellen senken. Die technischen Details des neuen Verfahrens wollten die Wissenschaftler nicht näher erläutern.
Nachdem sie die Wirkung der Magnetfelder im Labor und mit Computersimulationen nachgewiesen haben, wird die Technik nun auch in der Produktion eingesetzt. Für die gemeinsame Entwicklung bekamen die Forscher den Georg-Waeber-Innovationspreis 2009 vom Förderkreis für die Mikroelektronik e.V. verliehen. Der Innovationspreis wird jährlich für herausragende wissenschaftliche Leistungen ausgeschrieben und ist mit 3.000 Euro dotiert. (Katrin Petzold)