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Silizium fuer die Photovoltaik schneller reinigen



Bochum, 03.06.1998
Nr. 115

Strom ... wie Sand am Meer
RUB-Chemiker reinigen Sand für Photovoltaik
Projekt der Solar AG vom Wissenschaftsministerium gefördert


Bevor 'sonniger Sand' durch Steckdosen fließen kann, muß er zu
Solarsilizium gereinigt werden. In einem vom
NRW-Wissenschaftsministerium  (MWF) geförderten Projekt optimieren
Prof. Dr. Martin Muhler  und seine Mitarbeiter (Technische Chemie,
Fakultät für Chemie der RUB) ein Verfahren, um Sand schneller und
kostengünstiger für die Photovoltaik zu reinigen. Außerdem sucht er
nach einem Katalysator, der einen Teilschritt des Verfahrens weiter
beschleunigen kann. An diesen Optimierungsarbeiten sind weitere
Institute im Ruhrgebiet beteiligt.

Sonnenenergie - umweltfreundliche und zukunftsträchtig

Solarzellen sind in Uhren, Taschenrechnern, Satelliten kaum
wegzudenken, auf Dächern sieht man sie immer häufiger. Sonnenenergie
ist umweltfreundlich und wird daher immer mehr eingesetzt. Die
Nachfrage nach Solarzellen steigt so, daß die Siliziumproduktion kaum
ausreicht. Solarzellenhersteller bezogen lange Reinstsilizium von der
Elektronikindustrie. Bei der Herstellung von Computerchips wird so
reines Silizium benötigt, daß bei seiner Aufbereitung jede Menge
Abfallprodukte entstehen. Sie sind für Solarzellen rein genug.

Reinst? Nein! Rein reicht

Silizium ist das häufigste auf der Erde vorkommende Element,
allerdings nicht rein, sondern in Verbindung mit Sauerstoff - als
Siliziumdioxid oder Quarz (SiO2). In großen Öfen reagiert Quarz mit
Ruß (Kohlenstoff) zu 98 Prozent reinem Silizium (Si) und Kohlendioxid
(CO2). Für die Elektroindustrie muß dieses "metallurgische" Silizium
dann in einem teuren und energieaufwendigen Verfahren zu 99,9999999
prozentigem Reinstsilizium aufgereinigt werden. Dieser Grad an
Reinheit ist aber für die Photovoltaik nicht notwendig. Außerdem wäre
eine kostengünstigere und mit weniger Energieaufwand verbundene
Siliziumreinigung mehr als wünschenswert.

4 Mio. DM für Wissenschaftler im Ruhrgebiet

Deshalb forciert das MWF die Entwicklung eines
Siliziumreinigungsprozesses für die Photovoltaik. Im Forschungs- und
Technologieverbund "Arbeitsgemeinschaft Solar NRW" fördert es die
Zusammenarbeit an einem Verfahren zur Siliziumreinigung in den
nächsten vier Jahren mit 4 Mio. DM. Beteiligt sind an dem Projekt die
Universitäten Bochum und Duisburg, die Institute InVerTec, Dortmund,
sowie ACCESS, Aachen, und das Oberhausener Fraunhofer Institut
UMSICHT.

Bochumer Spezialität: heterogene Katalyse

Am Lehrstuhl für Technische Chemie der RUB werden zwei Teilschritte
des neuen Reinigungsverfahrens untersucht, weil er die dafür
notwendigen Erfahrungen mit heterogener Katalyseforschung und
Wirbelschichtreaktoren hat.

Silizium vor der Reinigung in Gas verwandelt

Erstens wird "metallurgisches" Silizium in einem Wirbelschichtreaktor
zu Trichlorsilan (HsiCl3) hydrochloriert. Das als Feststoff
vorliegende Silizium wird in einen gasförmigen Zustand umgewandelt, in
Silan. Hierbei werden die feinen Siliziumpartikel von einem Gasstrom
aus verdampftem Tetrachlorsilan (SiCl4) und Wasserstoff (H2)
aufgewirbelt und reagieren zu gasförmigem Trichlorsilan (HSiCl3). Das
Produkt der chemischen Reaktion hat gegenüber dem festen Silizium
einen entscheidenden Vorteil: Das Gas kann durch Destillation
gereinigt werden, der Feststoff nicht. Außerdem suchen die Bochumer
Wissenschaftler nach einem Katalysator, der die Reaktion beschleunigt,
bei der möglichst viel Trichlorsilan herauskommt. "Wahrscheinlich
Kupfer oder Zink", so Prof. Muhler. Außerdem sollen die
hydrodynamischen Bedingungen im Wirbelschichtreaktor für diese
Bedingungen optimiert werden.

Reaktor optimieren

In weiteren Reaktionen wird das gereinigte gasförmige Silan zum Schluß
wieder fest - zu Solarsilizium: Trichlorsilan reagiert über
Dichlorsilan zu Monosilan (SiH4) und wird zum gereinigten
Solarsilizium zersetzt. Die Zersetzung des Monosilans erfolgt in einem
Wirbelschichtreaktor. Die Bochumer wollen diesen Reaktor optimieren.
Dazu wollen sie die Bedingungen in diesem Wirbelrohr (Temperatur,
Mengenverhältnisse, Geschwindigkeit, Druck...) so modellieren bzw. im
Computer errechnen, daß man hinterher eine möglichst große Ausbeute an
Silizium hat.

Solar AG besteht seit 1991

1991 rief die Landesregierung die "Arbeitsgemeinschaft Solar NRW" ins
Leben. Durch Unterstützung von Forschung und Entwicklung will sie
bewirken, daß Solarenergie vermehrt genutzt wird. Die AG Solar hat
mittlerweile 140 Mitglieder aus Hochschulen, Forschungseinrichtungen,
Wirtschaft und kommunalen Unternehmen.

Weitere Informationen

Prof. Dr. Martin Muhler, Fakultät für Chemie, Lehrstuhl für Technische
Chemie, 44780 Bochum, Tel.: 0234/700-6745, Fax.: 0234/709-41 15








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Mit freundlichen Gruessen

Dr. Josef Koenig
RUB - Ruhr-Universitaet Bochum
- Pressestelle -
44780 Bochum
Tel: + 49 234 700-2830, -3930
Fax: + 49 234 7094-136
Josef.Koenig@ruhr-uni-bochum.de

Schauen Sie doch bei uns mal rein:
http://www.rz.ruhr-uni-bochum.de/pressestelle

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