Ingot

Was ist ein Ingot und welche Rolle spielt er in der Photovoltaikproduktion?

Ein „Ingot“ ist ein mas­si­ver Block aus hoch­rei­nem, kris­tal­li­nem Sili­zi­um, der als Aus­gangs­ma­te­ri­al für die Her­stel­lung von Solar­zel­len dient. In der Pho­to­vol­ta­ik­pro­duk­ti­on ist der Ingot einer der ers­ten und wich­tigs­ten Bau­stei­ne im Her­stel­lungs­pro­zess. Aus ihm wer­den die hauch­dün­nen Sili­zi­um­schei­ben – soge­nann­te Wafers – geschnit­ten, die spä­ter in Solar­zel­len und letzt­lich in Pho­to­vol­ta­ik­mo­du­len zum Ein­satz kom­men. Ohne qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­ge Ingots wäre eine effi­zi­en­te Umwand­lung von Son­nen­licht in Strom nicht mög­lich.

Wie wird ein Ingot hergestellt?

Die gän­gigs­te Metho­de zur Her­stel­lung von Ingots ist das soge­nann­te Czoch­r­al­ski-Ver­fah­ren. Dabei wird hoch­rei­nes, geschmol­ze­nes Sili­zi­um in einem Schmelz­tie­gel auf über 1.400 °C erhitzt. Anschlie­ßend wird ein klei­ner Kris­tall­keim lang­sam in das flüs­si­ge Sili­zi­um getaucht und vor­sich­tig her­aus­ge­zo­gen, wobei sich das Sili­zi­um beim Abküh­len in einer geord­ne­ten, ein­kris­tal­li­nen Struk­tur ver­fes­tigt. Das Ergeb­nis ist ein zylin­dri­scher Sili­zi­um-Ingot, der in der Regel einen Durch­mes­ser von 15 bis 20 cm und eine Län­ge von bis zu zwei Metern haben kann. Alter­na­tiv kön­nen auch mul­ti­kris­tal­li­ne Ingots durch Gie­ßen in For­men her­ge­stellt wer­den – die­se sind güns­ti­ger, aber etwas weni­ger effi­zi­ent.

Welche Bedeutung hat der Ingot für die Qualität von Solarzellen?

Die Eigen­schaf­ten des Ingots – etwa Kris­tall­rein­heit, struk­tu­rel­le Homo­ge­ni­tät und gerin­ge Ver­un­rei­ni­gung – wir­ken sich direkt auf die Effi­zi­enz der dar­aus her­ge­stell­ten Solar­zel­len aus. Defek­te im Kris­tall­git­ter oder metal­li­sche Ver­un­rei­ni­gun­gen kön­nen die elek­tri­schen Eigen­schaf­ten nega­tiv beein­flus­sen. Des­halb wird in der Indus­trie gro­ßer Auf­wand betrie­ben, die Qua­li­tät der Ingots zu opti­mie­ren. Fort­schrit­te in der Her­stel­lungs­tech­nik, wie etwa ver­bes­ser­te Schmelz­an­la­gen oder neue Rei­ni­gungs­ver­fah­ren, tra­gen dazu bei, die Leis­tungs­fä­hig­keit von PV-Anla­gen zu stei­gern und die Pro­duk­ti­ons­kos­ten zu sen­ken.

Was passiert nach der Ingot-Herstellung?

Der fer­ti­ge Ingot wird in soge­nann­te „Bricks“ (Qua­der) zuge­schnit­ten und anschlie­ßend in sehr dün­ne Schei­ben – die Wafers – gesägt. Die­se Wafers durch­lau­fen dann wei­te­re Pro­zess­schrit­te wie Dotie­rung, Ober­flä­chen­struk­tu­rie­rung und die Auf­brin­gung elek­tri­scher Kon­tak­te, bevor sie als Solar­zel­len in Modu­len ver­baut wer­den. Der Ingot bil­det somit die soli­de Basis für die gesam­te Solar­zel­len­fer­ti­gung.

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