Nexwafe erreicht mit ultadünnen Wafern Zellwirkungsgrade von 24,4 Prozent

Mit dieser Weiterentwicklung sind die Wafer nach Ansicht des Unternehmens bei der Leistung konkurrenzfähig mit herkömmlichen Czochralski-Wafern. Zugleich könnten sie in der Massenproduktion für erhebliche Kosteneinsparungen für die Modulhersteller sorgen.

18. Dezember 2024 Sandra Enkhardt

Foto: Nexwafe

Die Nexwafe GmbH hat mit seinen Solarwafern einen Zellwirkungsgrad von 24,4 Prozent erreicht. Diese seien mit denen herkömmlicher Czochralski (CZ)-Wafer in der Produktion vergleichbar, teilte das Freiburger Unternehmen am Mittwoch mit. Es handelt sich dabei um die ultradünnen „EpiNex“-Wafer, die auf einer kommerziellen M6-Heterojunction-Zelllinie gefertigt wurden. Module aus diesen Wafern, die sowohl aus Topcon- als auch Heterojunction-Solarzellen hergestellt werden können, erreichen Nexwafe zufolge mindestens die Leistung von Modulen mit CZ-Wafern.

Mit diesem Fortschritt sieht das Unternehmen seinen Ansatz bestätigt, dass das direkte Gas-to-Wafer-Verfahren ein vollwertiger Ersatz für herkömmliche CZ-Wafer sei. Gleichzeitig biete es Potenzial für erhebliche Kosteneinsparungen, da es Materialverluste reduziert, den Energieverbrauch um 40 Prozent senkt und den Prozessschritt des Sägeschadenätzens in der Zellproduktion eliminiert. Bei den Wafern von Nexwafe gingen weniger als zehn Prozent des eingesetzten Siliziums verloren. Bei den herkömmlichen CZ-Wafern seien es wegen der Sägeschnittverluste bis zu 50 Prozent.

Zusätzlich präsentiert Nexwafe Entwicklungen bei ultradünnen Wafern für Weltraumanwendungen und neue Daten zu Tandemzellen der nächsten Generation. Die „EpiNex“-Technologie sei geeignet, um die Anforderungen der nächsten Generation von Solarzellen für Weltraumanwendungen und Tandemzellen zu erfüllen, so das Unternehmen. Diese Anwendungen erforderten vor allem dünnere Wafer mit verbesserter thermischer Stabilität, geringer Oberflächenrauheit und guter Materialqualität. Zudem sei der Sauerstoffgehalt von „EpiNex“-Wafern 20-mal niedriger als bei herkömmlichen CZ-Wafern, was sich positiv auf die thermische Stabilität und Zellleistung auswirke.

Die Wafer würden zur Entwicklung ultradünner 70μm-Solarzellen genutzt, die zur Stromversorgung von Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen genutzt werden können. Diese Zellen weisen Nexwafe zufolge einen Wirkungsgrad auf, der mit dem einer konventionellen CZ-Perc-Solarzelle vergleichbar ist. Allerdings sei das Gewicht geringer.

Die Fortschritte für Tandem-Perowskit-Zellen erreichte Nexwafe gemeinsam mit den Forschern vom Le Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique S.A. (CSEM). Es sei ein Wirkungsgrad von 28,9 Prozent erzielt worden.

„Diese jüngsten Ergebnisse sind für die Herstellung von Photovoltaik-Wafern wegweisend. EpiNex hat das Potenzial, die Solarbranche in ähnlicher Weise zu verändern wie der historische Übergang von polykristallinen Ingots zu einkristallinem Silizium“, sagte Davor Sutija, CEO von Nexwafe. „Unsere Technologie bietet regionalen Herstellern die Möglichkeit, mit China zu konkurrieren, indem sie einen Leistungs- und Kostensprung ermöglicht und gleichzeitig den CO2-Fußabdruck erheblich reduziert.“ Um wettbewerbsfähig zu sein, erfordere das Reshoring der Produktion kontinuierliche Verbesserungen bei den Kosten und der Zelleffizienz. Dies sei mit den ultradünnen Wafern von Nexwafe realisierbar.

Bis Juni 2025 will das Unternehmen das Design seiner „Epitaxy“-Anlage weiterentwickeln. In der Produktionsstätte nutzt Nexwafe fortschrittliche Heizsysteme und die chemische Gasphasenabscheidung bei Atmosphärendruck, um monokristallines Silizium auf einer Fläche von 1,30 Meter mal 50 Zentimeter abzuscheiden. Dies soll mehr als vierzehn G12-Wafern in einem einzigen Durchgang entsprechen und ist damit Nexwafe zufolge die größte jemals für die epitaktische Siliziumabscheidung erreichte Fläche. Mit Abscheideraten von 5 Mikrometern pro Minute und einer Temperaturgleichmäßigkeit, die eine Gesamtdickenvariation von unter 40 Prozent erreicht, stellt die diese Anlage eine wichtigen Schritt zur Skalierbarkeit der Fertigung vor.

Auch diese plant Nexwafe. Es habe sich „bedingte Kaufverträge für die Produktion im Gigawatt-Maßstab“ bereits gesichert. „Wir verzeichnen ein enormes Interesse von Solarzellenherstellern, vor allem in den USA und Indien, die eine heimische Versorgung mit Wafern anstreben“, erklärte Jonathan Pickering, Vice President of Business Development von Nexwafe in den USA. Nexwafe habe sich bereits über 5 Gigawatt an bedingten Lieferverträgen für die gängigen Photovoltaik-Märkte und 250 Megawatt für ultradünne Zellen für Spezialanwendungen, einschließlich der Raumfahrt, gesichert.

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