Vom Ingot zum Wafer

Das Prinzip moderner Photovoltaikanlagen ist sehr einfach erklärt: Sonnenenergie trifft auf die Oberfläche der Module und es erfolgt eine Umwandlung in elektrische Energie. Doch bevor die Module ihre Arbeit aufnehmen können, sind viele Schritte notwendig. Eine wichtige Rolle spielen hierbei die Begriffe Ingot und Wafer.

Was verbirgt sich hinter dem Begriff Ingot?

Der Begriff „Ingot“ stammt aus dem Englischen und bedeutet übersetzt Barren. Es handelt sich jedoch nicht um die allgemeine Begrifflichkeit für den klassischen Barren, sondern um eine Spezialbedeutung. Unter einem Ingot versteht der Fachmann einen Block aus einem sogenannten Halbleitermetall, beispielsweise aus Silicium. Je nach Ausführung unterscheiden sich in diesem Segment mono- und polykristalline Ingots.

Polykristalline Ingots lassen sich durch unterschiedliche Kristallzuchtverfahren herstellen, polykristalline Ausführungen entstehen hingegen als eckige Blöcke durch das Einschmelzen des Silicium-Rohmaterials. Geht es um das Thema Photovoltaik und die Fertigung von Solarzellen, kommen in der Regel jedoch polykristalline Ingots zur Anwendung.

Wofür steht die Bezeichnung Wafer?

Auch bei der Bezeichnung „Wafer“ handelt es sich um einen englischen Begriff, der sich mit „dünner Keks“ oder „dünner Brotscheibe“ übersetzen lässt. Es handelt sich im weitesten Sinne um eine Weiterverarbeitung des Ingots. Dementsprechend unterscheiden sich die Wafer in der Materialienauswahl nicht, für die Produktion von Solarzellen bestehen die Wafer also in der Regel aus Silicium.

Die Aufgabe der entsprechender Wafer ist es, das sogenannte Substrat (Grundplatte) für elektronische Bauelemente zu bilden. Je nach Bedarf bzw. Verwendungszweck unterscheiden sich die Durchmesser der Wafer deutlich. Zudem haben sich die Standards im Laufe der Jahre verändert.

Im Jahr 1960 erfolgte die Einführung des „1-Zoll-Wafers“ als erste Ausführung, mittlerweile sind aber auch deutlich größere Ausführungen möglich. Bei dem größten Standard handelt es sich um den 18-Zoll-Wafer.

Wie gelingt der Schritt vom Ingot zum Wafer?

Für die Produktion von Solarzellen sind die genannten Wafer notwendig. Der Schritt vom Ingot zum fertigen Wafer ist aber deutlich umfassender und komplizierter als zunächst abgenommen. Zum Einsatz kommen im Rahmen der Produktion sogenannte Drahtsägen.

Mit einem feinen Draht trennt das Werkzeug die feinen Scheiben im gewünschten Ausmaß beim Ingot ab und legt somit den Grundstein für die anschließende Weiterverarbeitung. Die Stärke der abgetrennten Wafer liegt zwischen 160 und 220 Mikrometern, diese sind also unvorstellbar dünn.

Trotz effizienter Techniken und Werkzeugen geht bei der Produktion von Wafern im Übrigen ein voluminöser Materialanteil in Höhe von 50 Prozent verloren. Zudem müssen die Kanten bei runden Ingots zusätzlich abgesägt werden, da nur so eine hohe Zahl der notwendigen Wafer in ein einzelnes Solarmodul integriert werden kann.

Mit dem Abtrennen der dünnen Scheiben ist der Schritt vom Ingot zum Wafer aber noch lange nicht abgeschlossen. In vielen weiteren Schritten erfolgt eine gründliche Reinigung samt Polierung der Oberfläche. Die Texturierung, die Beschichtung und die Bedruckung der Wafer erfolgen ebenfalls in den weiteren Schritt.

Das Halbleitermaterial der Photozelle ist in dem Wafer fester Bestandteil. Auch deshalb handelt es sich bei der Produktion von Solarzellen beim Wafer um das wichtigste Bauteil, da nur mit der Integration der dünnen Scheiben der photovoltaische Effekt erzielt werden kann.

Bildquelle: Aatze78_Wikipedia