Preisträger
Professor Dr. Thorsten Trupke, The University of New South Wales & BT Imaging Pty Ltd., Australien, Dr. Robert Bardos, BT Imaging Pty Ltd., Australien
Thema
"Laserbasiertes Lumineszenz-Imaging von Silizium-Blöcken, -Wafern und Solarzellen"
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Strahlend blauer Himmel, Sonne und Sandstrand: für viele ein Sinnbild des Paradieses. Dieselben Zutaten produzieren zunehmend sauberen Strom und helfen so, wertvolle Ressourcen zu schonen und die Umwelt zu entlasten. Doch vom Eimer Sand, dem Rohstoff für Silizium, bis zur Solarzelle auf dem Dach ist es ein weiter Weg. | |
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| Dr. Robert Bardos und Prof. Dr. Thorsten Trupke |
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Viele komplizierte Verarbeitungstechniken nehmen Einfluss auf den Wirkungsgrad, und der hat das letzte Wort, wenn es um die Konkurrenzfähigkeit dieser regenerativen Energie geht. Messungen der wichtigsten Materialeigenschaften nach jedem Bearbeitungsschritt liefern nicht nur wertvolle Erkenntnisse, wo und wie die Effizienz zur Erzeugung von Strom aus Sonnenlicht auf der Strecke bleibt oder erhöht wird. Wenn die Messverfahren schnell genug sind, können sie auch in der laufenden Produktion die Qualität jeder einzelnen Solarzelle lückenlos überwachen.
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| Solarzellen in der Messanordnung. |
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| | Was sich für Forscher, Entwickler und Produktionsleiter paradiesisch anhört, war in der Realität lange Zeit nicht zu haben. Zwar gab es verschiedene Messverfahren zur Bestimmung der Ladungsträger-Lebensdauer in Siliziumscheiben oder des punktuellen elektrischen Widerstandes innerhalb einer fertigen Solarzelle. |
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Doch die Ermittlung der Messdaten über die gesamte Fläche eines Wafers oder einer Solarzelle dauerte bis zu einer Stunde. Moderne Produktionsanlagen verarbeiten Solarzellen jedoch im Sekundentakt. Hinzu kommen schwerwiegende Nachteile bei speziellen Messverfahren, die Proben beispielsweise durch Berührung regelrecht zerkratzen und daher nur für Stichproben taugen.
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| Das Prüfsystem für Solarzellen der BT Imaging. |
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| | Eine schnelle, präzise und zerstörungsfreie alternative Messmethode entwickelten Professor Thorsten Trupke und Dr. Robert Bardos an der University of New South Wales (UNSW) in Sydney, Australien. Das Prinzip beruht auf der Messung von photoinduziertem Licht: Materialien senden bei Beleuchtung ein charakteristisches Licht aus. |
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| Mit einer genauen Auswertung dieser Photolumineszenz lassen sich wichtige Materialeigenschaften ermitteln. So weit ist dies ein in wissenschaftlichen Anwendungen etabliertes Standardverfahren. Doch leider galt es ausgerechnet bei Silizium lange Zeit als unpraktisch oder zu langsam. Die Photolumineszenz ist da so gering, dass eine genügend schnelle Messung unmöglich erschien. Thorsten Trupke erkannte bei seinen Forschungsarbeiten mit Silizium am Centre of Excellence for Advanced Silicon Photovoltaics an der UNSW das Potenzial für ein bildgebendes Messverfahren, dass sich sogar in der Industrie einfach einsetzen lässt. Der Schlüssel ist der gezielte Einsatz von Lasertechnik. Die Beleuchtung mit Hochleistungsdiodenlasern und der Einsatz eines optischen Filtersystems zur empfindlichen Messung der schwachen Signale lassen flächige Auswertungen mit hoher räumlicher Auflösung in kurzer Zeit vornehmen – Ideal für die Photovoltaikindustrie.
Im Jahr 2001 von Deutschland nach Australien übergesiedelt, lebt und forscht Thorsten Trupke seither in Sydney. Als er 2004 eine Stellung als Associate Professor annahm, schloss sich der Australier Robert Bardos seiner Arbeitsgruppe an. Gemeinsam entwickelten sie Schritt für Schritt das Messverfahren, bauten erste Geräte auf und testeten den Nutzen in den Solarzellen-Produktionsanlagen an der Universität. Schließlich gründeten sie 2007 nahe Sydney mit Risikokapitalgebern das eigene Unternehmen BT Imaging. Es liefert manuelle und automatisierte Messsysteme in die gesamte Prozesskette der Photovoltaikindustrie, von den Herstellern der Siliziumblöcke und -wafer bis hin zu den Produzenten der Solarzellen. |
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