Echtzeit Röntgenradiographie und -beugungsuntersuchungen des Wachstums von Silizum für die Anwendung in der Photovoltaik

• Antragstellerin: Dr. Maike Becker
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 400343964

Siliziumsolarzellen stellen eine der wichtigsten Technologien dar auf dem Weg zur erneuerbaren Energiegewinnung. Die Herausforderung ist, den Wirkungsgrad der Solarzellen bei gleichbleibenden Produktionskosten zu erhöhen, um Photovoltaik effizienter und damit attraktiver zu machen. Dies kann vor allem durch eine verbesserte Qualität der Siliziumwafer erreicht werden. Korngrenzen, Versetzungen und Fremdatomeinschlüsse schaden der Effektivität der Solarzellen nachweislich, indem sie Rekombinationszentren für Ladungsträger bilden. Verunreinigungen lagern sich an bestimmen Korngrenzen bevorzugt an und können durch ihre Ansammlung vor der flüssig-fest Grenzfläche strukturelle Defekte hervorrufen. Die Häufigkeit und Art der Defekte während des Kristallwachstums zu kontrollieren ist demnach ein wichtiges Ziel, um die Effektivität von Solarzellen zu verbessern.Um dieses Ziel zu erreichen, muss im Detail verstanden werden, welche Mechanismen für die Entstehung von Defekten verantwortlich sind. Wir wenden eine Kombination aus Synchrotronröntgenradiographie und –beugung, sowie verschiedene post-mortem Techniken an, um die Entstehung und die Wechselwirkung von Defekten zu untersuchen. Durch die in-situ Röntgenuntersuchungen während des gerichteten Erstarrens einer Siliziumprobe, kann zum einen die Entwicklung der fest-flüssig Grenzfläche (Radiographie), und zum anderen die Entstehung von Versetzungen und die Entwicklung von Spannungsfeldern in den Kristallen (Topographie) beobachtet werden. Da Defekte die Röntgenstrahlung nicht im gleichen Maße beugen wie perfekte Kristallbereiche, können lokale Gitterveränderungen detektiert werden und Aufschluss über Kristalldefekte geben. Durch die Verwendung eines neuen Kamerasystems mit einer hohen zeitlichen Auflösung, werden wir einen Beugungsreflex im Detail verfolgen und somit die Entstehung von Versetzungen und ihre Interaktion mit verschiedenen Korngrenzentypen analysieren können. Des Weiteren werden wir die Wechselwirkung von Verunreinigungen (C und O) mit verschiedenen Korngrenzen untersuchen, um ihren Einfluss auf die photovoltaischen Eigenschaften zu verstehen. Dies ist besonders wichtig, da diese Art von Fremdatomen üblicherweise während des Produktionsprozesses in das Silizium eingebracht wird. Das Ziel dieser Studie ist es, durch die Kombination von verschiedenen in-situ und ex-situ Methoden, neue Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung von Defekten in gerichtet erstarrtem Silizium zu gewinnen, um Wege zur Verbesserungen des Produktionsprozesses von Siliziumwafern aufzuzeigen.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeberin: Professorin Dr. Nathalie Mangelinck-Noël