Photovoltaics Engineering Science (M.Sc.)

Kooperative Forschungskolleg - StrukturSolar  - Innovative Strukturierungskonzepte für Solarzellen der nächsten Generation (Förderkennzeichen 03SF0417A)

...  ist eines von sieben vom Bundesministerium für Forschung und Technologie (BMBF) geförderten Pilotprojekten, in dem die Kompetenzen von Fachhochschulen in der angewandten Forschung und von Universitäten in der Grundlagenforschung in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben sich komplementär ergänzend genutzt werden sollen. Kern sind von beiden Hochschulen gemeinsam betreute Forschungsarbeiten junger Nachwuchswissenschaftler, die sich mit ihrer Forschung durch eine Promotion weiterqualifizieren wollen.

Verschiedene Strukturierungsmethoden (plasmachemisch, nass- und elektrochemisch, mechanisch, durch Laser), mit denen die Hochschule Anhalt und die Martin-Luther-Universität anwendungs- und grundlagenorientierte Forschungs- und Entwicklungserfahrung besitzen, sollen in innovativen Konzepten zur Optimierung des Licht- und Ladungsträgermanagements in Solarzellen eingesetzt werden. Dabei soll von Anfang an eine kostengünstige technologische Umsetzbarkeit im Auge behalten werden, so dass die Forschungsarbeiten zur Wirkungsgradsteigerung von Solarzellen bei verhältnismäßig geringerer Kostensteigerung in der Herstellung führen können. Es werden sowohl kristalline Siliziumsolarzellen (mit der Zielrichtung geringerer Scheibendicke als heute üblich) als auch Dünnschichtsolarzellen (Kupfer-Indium/Gallium-Diselenid (CIGS) und organische Solarzellen) untersucht.

Acht wissenschaftliche Mitarbeiter arbeiten als Doktoranden unter der Betreuung von 13 Hochschullehrern und Forschern beider Hochschulen an verschiedenen sich ergänzenden Forschungsaufgaben des Projektes. Die 13 beteiligten Hochschullehrer und Forscher besitzen materialwissenschaftlich und technologisch orientierte Kompetenzen in der Photovoltaik sowie Methodenkenntnisse in den genannten Strukturierungsverfahren oder in relevanten wissenschaftlichen Analysemethoden zur Material- oder Solarzellencharakterisierung.
 

Nach dem erfolgreichen Abschluss von StrukturSolar am 30. 9. 2015 wurde die die Förderung des Anschlussprojektes StrukturSolar II vom 1. 10. 2015 bis zum 30. 9. 2018 gewährt. Forschungsinhalt ist  die Fortführung von besonders erfolgreichen Themen  aus der ersten Phase, teilweise  mit neuer Schwerpunktsetzung, aber auch einiger neuer Themen, wie PERC (Passivated Emitter and Rear Contact)-Zellen oder Perowskit/Silizium-Tandemzellen sein.

BMBF-Förderprogramm "IngenieurNachwuchs – Kooperative Promotionen" - LASER-PV - Einsatz von Lasertrennverfahren in der Photovoltaik

Förderzeitraum: 01.10.2014 - 30.09.2017

Kooperationspartner: Fraunhofer IISB, ISE und CSP, Hanwha Q-Cells, 3D-Micromac

Inhalt des Projektes sind Grundlagenuntersuchungen und Prozessoptimierung zum neuartigen Verfahren der thermischen Laser-Separierung (TLS) bei der Trennung von Silizium-, Germanium- und Galliumarsenid-Scheiben für die Anwendung in der (konzentrierenden) Photovoltaik. Hinzu kommen vergleichende Untersuchungen mit den Referenzprozessen: ablative Laser-Trennung (ggf. in Kombination mit mechanischem Brechen) und mechanisches Sägen.

Verbundprojekt - Solar-TLS - Entwicklung neuartiger und fertigungstauglicher Solarzelltrennverfahren basierend auf "Thermal Laser Separation"

Projektlaufzeit: 01.05.2016 - 30.04.2018, kostenneutral auf den 31.10.2018 verlängert

Projektpartner: 3D-Micromac Chemnitz, Fraunhofer CSP Halle (S.)

In einem Verbundprojekt wurden zum Verfahren der Thermischen Laser Separierung Forschungs- und Entwicklungsarbeit durchgeführt mit dem Ziel fertigungstaugliche TLS-Verfahren zur Herstellung von Silizium-Halbzellen für Hochleistungsmodule (oder Teilzellen für SOndermodule) zu entwickeln. Der Hauptfokus lag auf der Ersetzung der normalerweise verwendeten Aerosol-Kühlung auf einen Trockenkühlungsprozess. Dazu wurde an der TLS-Anlage der HSA eine Wirbelrohrdüse installiert und ein entsprechender Trockenkühlungsprozess entwickelt.Es wurden gleichermaßen multi- und mono-kristalline Si-Solarzellen auf Basis der PERC-Technologie untersucht. In einem letzten Arbeitspaket wurden Trennversuche an Bifazial-Zellen erfolgreich durchgeführt.

Verbundprojekt  - "Black SiN" - Maskenlose Plasmatexturierung von Siliziumnitrid

Laufzeit: Das vom Land Sachsen-Anhalt geförderte EFRE-Projekt wurde für die Laufzeit vom 01.04.2018 bis zum 31.03.2020 genehmigt. 

Mit Stand vom 12.03.2020 konnte die Laufzeit das Projektes aufwands- und kostenneutral bis zum 31.05.2020 verlängert werden.

Projektpartner: Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP, Halle (Saale)

In dem aktuellen Forschungsprojekt Black SiN forschen Prof. Bernhard und sein Team von wissenschaftlichen Mitarbeitern an der Verringerung des Reflexionsgrades – und damit verbesserten Lichtaufnahme – von industriellen Silizium-Solarzellen. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP in Halle (Saale) wird im Rahmen des Projektes an der maskenlosen Plasmatexturierung von Siliziumnitrid-Schichten geforscht, ohne den darunter liegenden Silizium-Wafer zu beschädigen. Aus der erhöhten Lichtabsorption folgt eine Verbesserung des Solarzellenwirkungsgrades. Das zum Patent angemeldete Verfahren soll schlussendlich auf die industrielle Produktion übertragen werden.

Verbundprojekt – MILLEFEUILLE – Materialien und Technologien für die direkte Herstellung von multiplen ultradünnen Silziumwafern

Zeitraum 01.08.2017 – 30.09.2021

Projektpartner: Smartmembranes, Halle (S.)

Das Ziel des Projektvorhabens MILLEFEUILLE ist die Bereitstellung von wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen für die kosteneffiziente und skalierbare (d.h. in eine industrielle Fertigung übertragbare) Herstellung von ultradünnen monokristallinen Siliziumwafern unter Verwendung des Millefeuille-Verfahrens sowie der Nachweis deren Texturierbarkeit durch ein maskenloses Plasma-Ätzverfahren.

Der Schwerpunkt des Vorhabens liegt in der Entwicklung und Evaluierung neuer Verfahren und Technologien für die Fertigung ultradünner monokristalliner Siliziumwafer (10 µm - 50 µm) aus 3D-makroporösem Silizium in einem Prozessschritt ("Millefeuille") durch Tiefenmodulation des photo-elektrochemischen Ätzprozesses mit anschließender Temperung sowie deren wirkungsvoller Plasma-Texturierung zur Erreichung einer hinreichenden Lichtabsorption durch Reduktion der Reflexion und wirkungsvolle Lichtfallen-Strukturen für die Anwendung in der Photovoltaik.

Die Förderung durch die Investitionsbank Sachsen-Anhalt und die Europäische Union im Rahmen des EFRE-Programmes wird dankend gewürdigt.

In den Verhandlungen (Proceedings) der  EUPVSEC 2023 publiziert: Paper

Verbundprojekt - LeTID-Norm - Entwicklung einer Prüfnorm für die Licht- und Temperatur-induzierte Degradation (LeTID) von hocheffizienten Solarzellen und -modulen

Projektlaufzeit: 01.01.2019 – 31.12.2020 (verlängert bis 30.06.2021)

Projektpartner: Fraunhofer Center for Silicon Photovoltaics CSP, Anhalt University of Applied Science, centrotherm international AG, DKE German Commission for Electrical, Electronic & Information Technologies of DIN and VDE, Hanwha Q Cells, Wavelabs GmbH

Assoziierte Partner: Mayer Burger AG, LayTec AG, IBC Solar AG

The project LeTID-Norm receives funding within the WIPANO program of the German Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi).

In recent years a new type of degradation called LeTID which can lead to significant power losses in solar cells has become a focus of discussion. LeTID stands for Light and Elevated Temperature Induced Degradation. Cells with innovative designs like PERC technology show an even stronger effect than cells with a standard setup.

At the moment, however, there is no standardized testing method to quantify the LeTID phenomenon. Currently available tests differ vastly regarding their parameters like the type of charge carrier injection and operating mode. The effects of enhanced temperature are often not considered.

The project LeTID-Norm aims at providing a harmonized approach to LeTID testing along the value chain of solar modules and establishing an integrated quality management system to avoid LeTID/LID losses. This approach will be proposed for standardization nationally and to IEC after the end of the project.

Further information: https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/energy/letid-norm

Projekt  - "Smart Wafer Cut" - Trennverfahren von Silizium-Wafern besser verstehen

Laufzeit:  01.04.2024 - 31.03.2027 

Das Projekt wird gemeinschaftlich mit Prof. Dr. H. Kurtze, Professur für Physik, FB EMW, HSA, bearbeitet.

Im Projekt "Clean Wafer Cut" wollen wir die Trennung von SIlizium-Wafern durch mechanisches Sägen (klassisches "dicing") oder durch thermischen Schock (Abfolge von Laser-Aufheizung und Aerosol-Kühlung, sogn. "Thermal Laser Separation" - TLS) näher untersuchen. Residuale Verspannung im Kristallgitter ist ein Indikator für kristallmechanische Stabilität und Polymorphie ein Indikator für die während der Trennung hervorgerufenen Druckverhältnisse. Sowohl Verspannung als auch Polymorphie sollen per Raman-Spektroskopie untersucht werden. Wir streben ein phänomenologisches Verständnis der Trennvorgänge an.

Das Vorhaben wird finanziert durch die Europäische Union und das Land Sachsen-Anhalt (Programm "Sachsen-Anhalt WISSENSCHAFT Forschung und Innovation (EFRE)).

Das Projekt wird durch eine/n wissenschaftliche/n Mitarbeter/in bearbeitet.