Das Bridgman-Verfahren in der Photovoltaik

Das Bridgman-Verfahren gehört zu den verschiedenen Verfahren Kristalle für Photovoltaikzellen wachsen zu lassen. Der Herstellprozess wird nach seinen Erfindern den Physikern Bridgman und Stockaberger genannt.

Der erste Schritt der Kristallzüchtung nach dem Bridgman-Verfahren besteht im Aufschmelzen des Reinsilizium. Dieser Vorgang geschieht in einem senkrechten Röhrenofen. Der röhrenförmige Ofen besteht aus einem oberen und einem unteren Ofen. Im oberen Ofen wird das Silizium, oder ein anderes Metall geschmolzen. Getrennt werden die Ofen durch Wärmeisolation. Am Rand des Gesamtofens befinden sich Temperatursensoren. Die Thermoelemente liegen am äußeren Rand des Gerätes. Der Ofen ist nach außen wärmegedämmt.

Im Aufschmelzprozess wird ein Tiegel mit Silizium in den oberen Ofen gesenkt und der Ofen wird auf die maximale Schmelztemperatur des Siliziums geheizt. Das Silizium bleibt solange im oberen Ofen bis eine gleichmäßige Schmelzmassen erreicht ist. Die Kapazität des Tiegels Silizium fassen zu können, bestimmt die Menge der Kristalle, die gezüchtet werden können.

Der Kristallzüchtungsvorgang findet beim Bridgman-Verfahren im unteren Ofenteil statt.

Die Temperaturen sind hier niedriger. Die Kristallisation beginnt daher auf dem Tiegelboden. Dieser tritt als erster Teil des Tiegels in den kühleren Bereich des unteren Ofens ein. Der Prozess der Kristallation setzt sich von unten nach oben im Tiegel fort.

Der untere Teil des Tiegels hat eine Vertiefung, die sich nach oben führend verengt. Durch diese Verengung kann ein Kristall ausgewählt werden. Der im unteren Tiegelteil beginnende polykristalline Züchtungsprozess wird gesteuert, in dem ein Kristallkeim ausgewählt wird. Der Kristallkeim wächst nun nach oben. Die Schmelze, die ihn umgibt, lässt den Kristallkeim wachsen. Die Kristallorientierung ist dabei die gleiche.

Das Bridgman-Verfahren macht eine einfache Züchtung von Einkristallen möglich.

Ein weiterer Vorteil ist die Umkehrbarkeit der Apparatur. Nicht der Tiegel wird dann abgesenkt, sondern der Ofen nach oben gezogen.

Das Bridgman-Verfahren ist im Vergleich zu gleichwertigen Kristallwachstumsmethoden preiswerter.

Nachteilig ist der Umstand, dass Kristallfehler auftreten können.

Das Bridgman-Verfahren in der Photovoltaik
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