Definition: Czochralski-Prozess

Der Czochralski-Prozess ist ein Verfahren zur Herstellung von einkristallinen Halbleitern, wie Silizium, Germanium oder Galliumarsenid. Dieses Verfahren ist auch in der Photovoltaik von großer Bedeutung, da es zur Herstellung von hochreinem, einkristallinem Silizium für Solarzellen verwendet wird.

Geschichte und Namensgebung

Der Prozess wurde nach dem polnischen Wissenschaftler Jan Czochralski benannt, der ihn 1916 entdeckte. Ursprünglich wurde er nicht zur Herstellung von einkristallinen Halbleitern entwickelt, sondern wurde von Czochralski bei einem Experiment zur Materialforschung zufällig entdeckt.

Funktionsweise des Czochralski-Prozesses in der Photovoltaik

Die zentrale Idee beim Czochralski-Prozess ist das Ziehen eines Kristalls aus einer geschmolzenen Substanz. Dazu wird ein Kristallisationskeim in die flüssige Substanz getaucht und dann langsam herausgezogen. Eine heikle Phase im Prozess ist der Startvorgang, bei dem der Kristallisationskeim gezielt zum Wachsen gebracht wird. Die Geschwindigkeit des Herausziehens und die Temperatur der Substanz müssen dabei sorgfältig gesteuert werden, um einen perfekten Kristall zu erhalten.

Beim Czochralski-Prozess zur Siliziumherstellung wird das Silizium in einem hitzebeständigen Tiegel bei Temperaturen über 1400 Grad Celsius geschmolzen. Danach wird ein kleines Stück einkristallines Silizium, der Kristallisationskeim, in das geschmolzene Silizium getaucht und langsam herausgezogen. Das Silizium kristallisiert am Keim und es entsteht ein langgestreckter Silizium-Einkristall, der dann in dünne Scheiben (Wafer) geschnitten wird. Diese Wafer sind die Grundlage für die Herstellung von Solarzellen.

Verwendung des Czochralski-Prozesses in der Photovoltaik

Der Czochralski-Prozess wird vor allem in der Herstellung von Solarzellen mit hoher Effizienz verwendet. Die dabei gewonnenen einkristallinen Siliziumwafer sind zwar kostenintensiver in der Herstellung als mehrkristalline Wafer, bieten jedoch bessere elektrische Eigenschaften und höhere Effizienzwerte.

• Aus einem Czochralski-Siliziumkristall gezogene Wafer sind sehr rein und ermöglichen hohe Wirkungsgrade bei Solarzellen.
• Durch die hohe Reinheit und hervorragende Kristallstruktur kann das Sonnenlicht optimal in elektrische Energie umgewandelt werden.
• Nach der Herstellung von Solarzellen aus Czochralski-Silizium bleibt eine sehr niedrige Rate an Produktionsfehlern, wodurch der Ertrag pro produzierter Waferscheibe maximiert wird.

Fazit

Der Czochralski-Prozess ist ein wesentlicher Bestandteil in der Produktion von hochwertigen Solarzellen. Trotz der hohen Kosten und des hohen Energiebedarfs bei der Herstellung ist das Verfahren aufgrund der ausgezeichneten Qualität des produzierten Siliziums in der Photovoltaik unverzichtbar.