Das Bridgman-Verfahren in der Photovoltaik

Das Bridgman-Verfahren geh√∂rt zu den verschiedenen Verfahren Kristalle f√ľr Photovoltaikzellen wachsen zu lassen. Der Herstellprozess wird nach seinen Erfindern, den Physikern Bridgman und Stockaberger, genannt.

Der erste Schritt der Kristallz√ľchtung nach dem Bridgman-Verfahren besteht im Aufschmelzen des Reinsilizium. Dieser Vorgang geschieht in einem senkrechten R√∂hrenofen. Der r√∂hrenf√∂rmige 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 W√§rmeisolation. Am Rand des Gesamtofens befinden sich Temperatursensoren. Die Thermoelemente liegen am √§u√üeren Rand des Ger√§tes. Der Ofen ist nach au√üen w√§rmeged√§mmt.

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 gleichm√§√üige Schmelzmasse erreicht ist. Die Kapazit√§t des Tiegels Silizium fassen zu k√∂nnen, bestimmt die Menge der Kristalle, die gez√ľchtet werden k√∂nnen.

Der Kristallz√ľchtungsvorgang 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 k√ľhleren Bereich des unteren Ofens ein. Der Prozess der Kristallation setzt sich von unten nach oben im Tiegel fort.




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Der untere Teil des Tiegels hat eine Vertiefung, die sich nach oben f√ľhrend verengt. Durch diese Verengung kann ein Kristall ausgew√§hlt werden. Der im unteren Tiegelteil beginnende polykristalline Z√ľchtungsprozess wird gesteuert, indem ein Kristallkeim ausgew√§hlt wird. Der Kristallkeim w√§chst nun nach oben. Die Schmelze, die ihn umgibt, l√§sst den Kristallkeim wachsen. Die Kristallorientierung ist dabei die gleiche.

Das Bridgman-Verfahren macht eine einfache Z√ľchtung von Einkristallen m√∂glich.

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.

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