Silizium aus der Mikrowelle
Der Grundstein: Silizium aus der Mikrowelle
Die Produktion von Solarsilizium beginnt mit einem Verfahren, dessen Ursprung am Anfang des letzten Jahrhunderts liegt: Quarz und Kohle reagieren bei 2 000 °C im Lichtbogenofen zu Siliziummetall. Anschließend muss das Silizium in einem energieaufwendigen Prozess unter Einsatz chlorhaltiger Chemikalien veredelt werden, um die Reinheit von Solarsilizium von 99,9999 % zu erhalten. Um ein Kilogramm Solarsilizium herzustellen, werden bis zu 120 kWh elektrischer Energie benötigt – dabei entstehen etwa 75 Kilogramm Kohlendioxid. Die JPM Silicon GmbH hat in Kooperation mit dem Institut für Thermodynamik der Technischen Universität Braunschweig und der Fricke und Mallah Microwave Technology GmbH im Rahmen eines DBU-Projektes einen alternativen, energieeffizienten Prozess zur Gewinnung von Silizium entwickelt, der nicht nur Energie einspart, sondern auch neue Wege in der Produktion von Solarsilizium eröffnet. Möglich wird das durch einen Technologiewandel vom Lichtbogenofen zum Mikrowellenofen.
Die Zukunft: Solarsilizium aus der Mikrowelle
Im Rahmen des Projekts wurde ein Mikrowellenofen zur Herstellung von Silizium ausgelegt und gefertigt. Die Auswertungen zeigten: Im Mikrowellenofen kann hochwertiges Siliziummetall erzeugt werden. In einem aktuellen DBU-Projekt soll das Mikrowellenverfahren nun weiter verfeinert werden. Dabei werden unter anderem hochreine Rohstoffe in Form von Pellets eingesetzt, sodass direkt Solarsilizium entsteht. Die Eignung des so gewonnenen Siliziums für den Einsatz in Solarzellen wird in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) analysiert.
Simulation für die optimale Pellet-Beschaffenheit
Die unterschiedlichen Eigenschaften der Rohstoffe erfordern eine Anpassung der Prozessführung im Mikrowellenofen, um eine energieeffiziente Umsetzung mit optimaler Ausbeute realisieren zu können. Ein softwaregestütztes Simulationsmodell wird nun für die Beschreibung von Pellets verschiedener Größe, Form und Zusammensetzung getestet und erweitert, um so die optimale Beschaffenheit der Rohstoffpellets für die Herstellung von Solarsilizium im Mikrowellenofen bestimmen zu können.
Verunreinigung durch Beschichtung vermeiden
Um den hohen Reinheitsgrad von Solarsilizium im Mikrowellenprozess zu erreichen, ist es erforderlich, den Eintrag von Verunreinigungen aus den umgebenden Materialien zu minimieren. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten liegt daher darin, mikrowellen- und hochtemperaturgeeignete Keramiken für den Reaktionsraum zu erproben. In Kooperation mit der Sindlhauser Materials GmbH aus Kempten sollen so geeignete Werkstoffe für den Mikrowellenprozess entwickelt werden.
Projektthema:
Solarfähiges Silizium aus dem Mikrowellenofen
Projektdurchführung:
JPM Silicon GmbH
Rebenring 33
38106 Braunschweig
info@jpmsilicon.de
www.jpmsilicon.de
Kooperationspartner:
Technische Universität Braunschweig
Institut für Thermodynamik
ift@tu-bs.de
www.ift-bs.de
Sindlhauser Materials GmbH, Kempten
info@sindlhauser.de
www.sindlhauser.de
AZ 28408
