Die Rolle von Wafer-Verbesserungen in der Solartechnologie

Fortschritte in der Wafertechnologie haben direkte Auswirkungen auf die Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit von Photovoltaiksystemen (PV) und sind daher für die Solarindustrie von entscheidender Bedeutung. Signifikante Verbesserungen der Leistung von Solarzellen wurden durch Fortschritte wie die Erhöhung der Wafergröße erzielt. Größere Wafer ermöglichen die Herstellung leistungsfähigerer Solarzellen, wodurch die Gesamtkosten pro Watt gesenkt und die Solarenergie wettbewerbsfähiger wird. Darüber hinaus tragen Innovationen bei der Herstellung von Wafern, einschließlich der Entwicklung dünnerer und flexiblerer Wafer, dazu bei, Material einzusparen und neue Solaranwendungen zu erschließen. Diese Entwicklungen sind allesamt von entscheidender Bedeutung, um der weltweit wachsenden Nachfrage nach erneuerbaren Energien gerecht zu werden und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen.

Die Entwicklungen in der Wafertechnologie gehen jedoch über die Dicke des Wafers selbst hinaus. Tatsächlich bietet die Verwendung dünnerer Wafer in der Solarindustrie zwar Materialeinsparungen und potenziell niedrigere Kosten, ist aber auch mit erheblichen Herausforderungen verbunden, die ihre Einführung einschränken könnten. Ein Hauptproblem ist die erhöhte Fragilität dünnerer Wafer, wodurch sie bei der Herstellung, dem Transport und der Installation anfälliger für Brüche sind. Dies erhöht die Herstellungskosten aufgrund höherer Fehlerraten und schränkt die Skalierbarkeit ein. Darüber hinaus weisen dünnere Wafer eine geringere mechanische Festigkeit auf, was die langfristige Haltbarkeit unter Umwelteinflüssen wie Wind- oder Schneelasten beeinträchtigen kann.

Im Jahr 2024 stellte LONGi einen Wafer und eine zugrunde liegende Technologie vor, die die Grundlage für unsere Hi-MO X16 Max-Serie bildeten, sowie die brandneue Hi-MO X10 - die TaiRay Inside-Technologie und der TaiRay-Wafer waren geboren. Im Gegensatz zu vielen Wettbewerbern auf dem Markt konzentrierten sie sich jedoch nicht auf die Reduzierung der Dicke. Stattdessen konzentrierte sich LONGi darauf, eine Entdeckung des polnischen Chemikers Jan Czochralski aus dem Jahr 1915 zu verbessern. Indem er versehentlich einen Stift in eine geschmolzene Dose statt in ein Tintenfass tauchte, entdeckte er das Ziehen von Einzelkristallen. Der Chemiker entwickelte die Technik weiter und verwendete sie, um zu messen, wie schnell verschiedene Metalle kristallisieren. Es war die Geburtsstunde der sogenannten Czochralski-Methode und des Recharge Czochralski (RCZ), eines hochmodernen Blockziehverfahrens. LONGi hat nun das Verfahren zum Ziehen von Barren verbessert, um die resultierenden Wafer stabiler, robuster, frei von Verunreinigungen und daher leistungsfähiger zu machen.

Neue M11-TaiRay-Siliziumwafer für TopCon-, Heterojunction- und Backkontaktzellen

Die neuen TaiRay-Siliziumwafer eignen sich für derzeit vorherrschende Solartechnologien wie TopCon, Heterojunction (HJT) und Rückkontaktzellen (BC). Sie zeigen für die genannten Zelltechnologien eine Effizienzsteigerung von ca. 0,1%. Die Wafer sind das Ergebnis von drei Jahren intensiver Forschung und Entwicklung durch ein LONGi Forschungs- und Entwicklungsteam von mehreren hundert Mitarbeitern. LONGi hat damit einen Durchbruch auf dem Gebiet der Siliziumwafer erzielt, wo es in den letzten zehn Jahren keine nennenswerten Innovationen gegeben hat.

Die Tairay-Silicon-Wafer bieten drei Hauptvorteile:

• Hohe Plattformkompatibilität (TopCon, Heterojunction, Backcontact)
• Gleichmäßiger verteilter Widerstand
• Effektive Entfernung von Verunreinigungen

Die Dicke der TaiRay-Wafer, die in der evolutionären HPBC 2.0-Rückkontakttechnologie verwendet werden, beträgt 140 μm, während die durchschnittliche Dicke der in TopCon-Zellen verwendeten N-Typ-Siliziumwafer derzeit 130 μm beträgt.

TaiRay-Wafer bieten eine um 16 Prozent höhere Biegefestigkeit

Neben den technologischen Vorteilen weisen die TaiRay-Wafer auch verbesserte mechanische Eigenschaften auf. Die getestete Biegefestigkeit von LONGi TAIray-Siliziumwafern ist um 16% höher als die herkömmlicher Wafer. Dadurch wird eine höhere Bruchfestigkeit gewährleistet und gleichzeitig dünnere Wafer hergestellt, wobei die Wahrscheinlichkeit eines Zellbruchs während der Produktion geringer ist.

Monokristalline Siliziumwafer waren schon immer das Pionierprodukt von LONGi. Der Hersteller erzielte neun Jahre in Folge das weltweit größte Versandvolumen. In den letzten Jahren wurde das Wafersegment um monokristalline, große und dünne Wafer erweitert, und LONGi hat zu jedem technologischen Wandel maßgeblich beigetragen.

Siliziumbarren haben eine bessere und gleichmäßigere Widerstandsverteilung

Die neuen TaiRay-Wafer und ihre Vorteile sind das Ergebnis eines verbesserten Recharge Czochralski (rCZ) -Verfahrens, das bei der Herstellung von monokristallinen Siliziumbarren eingesetzt wird.

Je länger die herkömmlichen Siliziumbarren sind, desto größer ist der Widerstandsunterschied über den gesamten Block. Dank des verbesserten rCZ-Verfahrens können LONGi TAIray-Siliziumwafer eine gleichmäßigere axiale Widerstandsverteilung erreichen, ohne dass die Blocklänge verkürzt werden muss. Bei gleicher Blocklänge halbiert sich das Widerstandsverhältnis zwischen den Enden, was zu effizienteren Zellen führt.

Darüber hinaus können Metallverunreinigungen in den TAIray-Siliziumwafern von LONGi leichter entfernt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Produkten besteht auch mehr Spielraum für die Verbesserung der Effizienz. Je mehr Verunreinigungen entfernt werden können, desto größer ist das Potenzial für eine verbesserte Zelleffizienz.

Die Verbesserung von Siliziumwafern ist für die Verbesserung von Solarzellen unverzichtbar

In den letzten zehn Jahren hat die Solarindustrie bedeutende Durchbrüche in Bezug auf Technologie und Kosten erzielt. Infolgedessen ist die Erzeugung von Solarenergie zur am schnellsten wachsenden erneuerbaren Energiequelle der Welt geworden. Die globale Solarstromerzeugung trat 2023 in die „Terawatt-Ära“ ein. Zhenguo Li, Gründer und Präsident von LONGi, sagte, dass die schnelle Entwicklung der PV-Industrie hauptsächlich auf die kontinuierliche Senkung der Stromkosten zurückzuführen ist. Die Senkung der Kosten und die Verbesserung der Effizienz der Stromerzeugung sind immer die treibenden Faktoren der PV-Industrie.

Die beschleunigte Entwicklung der PV-Industrie hat auch die Entwicklung von Siliziumwafern beschleunigt, die für die Verbesserung von Solarzellen unerlässlich sind. Die Qualität des Siliziumwafers bestimmt die Konversionseffizienz der Zelle. In den letzten Jahren hat die kontinuierliche Verbesserung der Technologie zur Herstellung von Siliziumwafern jedoch den Fortschritt bei der Verbesserung der Leistung von Siliziumwafern verlangsamt. Die Homogenisierung von Siliziumwaferprodukten ist zunehmend offensichtlich geworden.