Entwicklung des Float-Zone-Verfahrens zur Herstellung von Siliziumeinkristallen für solare Anwendungen

Mit Float-Zone-Verfahren hergestellte Kristalle bieten die höchste Reinheit und Qualität des Elements Silizium. Den äußerst geringen Verunreinigungsgehalten steht ein aufwändiger Prozess gegenüber.
In dieser Arbeit werden Methoden vorgestellt, die es ermöglichen das Float-Zone-Verfahren unter dem Kostendruck der Solarbranche zu etablieren. Die nachgewiesenen guten elektrischen Eigenschaften resultieren dabei in höchsteffizienten Solarzellen.

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Mit dem Float-Zone-Verfahren hergestellte Kristalle bieten die höchste Reinheit und Qualität des Elements Silizium. Den äußerst geringen Verunreinigungsgehalten steht ein aufwändiger Prozess gegenüber. Mit der vorgestellten Pre-Pulled-Float-Zone Methode konnte eine wirtschaftliche Lösung entwickelt werden, die dem Kostendruck in der Solarbranche standhalten kann. Weitere Anpassungen des Prozesses an die Ansprüche der Photovoltaik-Industrie wurden mit der Implementierung einer zuverlässigen Gasphasendotierung und der Entwicklung eines verbesserten Dotierstoffmodells erreicht.
Die Qualität der Kristalle wurde unter anderem durch Neutronenaktivierungsanalyse bestätigt, die hervorragenden elektrischen Eigenschaften mit Ladungsträgerlebensdauern bis acht Millisekunden belegt. Das Potential dieses Verfahrens konnte schließlich durch die Herstellung von höchsteffizienten Solarzellen unterstrichen werden. Ebenfalls konnten Grenzwerte von Kupfer und Eisenkontaminationen im Ausgangsmaterial ermittelt werden, die für eine Fertigung von Solarzellen relevant sind.