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Der Preis, der Türen öffnet

Freitag, 20.01.2012 10:42v3

Einmal mit einem Nobelpreisträger auf der Bühne stehen, den Applaus von 400 Wissenschaftlern und Firmenchefs aus aller Welt genießen und eine Auszeichnung für die eigene wissenschaftliche Leistung entgegennehmen – davon können die meisten Doktoranden trotz mehrjähriger Mühsal nur träumen.

Für Dr. Christian Reimann vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen wurde dieser Traum wahr. Er wurde 2010 mit dem SolarWorld Junior Einstein Award ausgezeichnet, einem der renommiertesten Preise für Nachwuchswissenschaftler in der Photovoltaik. Er wird seit 2006 an junge Wissenschaftler verliehen, die mit ihrer Abschlussarbeit einen bedeutenden Beitrag zur Weiterentwicklung der Solarstromtechnologie geleistet haben. Der Award ist nicht nur mit einem Preisgeld von 5000 Euro verbunden, sondern bietet auch die Chance, sich sehr früh einen Namen in der Branche zu machen.

In Christian Reimanns Dissertation ging es heiß her: Er erforschte die Verunreinigungen in der 1450 Grad heißen Siliziumschmelze, die am Beginn der photovoltaischen Produktionskette stehen. Dabei wird hochreines Silizium, der Grundstoff der Solarmodule, in einem Kristallisationsofen geschmolzen, um es danach gezielt abkühlen und erstarren zu lassen. Der entstehende Siliziumblock wird anschließend in dünne Scheiben – sogenannte Wafer – geschnitten, die Rohlinge für Solarzellen. "Fremdelemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff aus der Beschichtung der Gussform oder dem mit Graphit ausgekleidetem Ofen verunreinigen die Schmelze", erläutert Christian Reimann. Diese Teilchen werden beim Kristallzüchten nur zum Teil in das Siliziumkristallgitter eingebaut, der Rest verbleibt in der flüssigen Phase der Schmelze. Wenn ihre Konzentration darin zu hoch wird, bilden sich zunächst in der Siliziumschmelze harte Kristallite sogenanntes SiC und Si3N4 aus, die später beim Sägen der Wafer Probleme bereiten. In der späteren Solarzelle können diese Materialdefekte sogar zu Kurzschlüssen führen. "In meiner Arbeit habe ich erforscht, warum sich diese Phasen bilden und wie sie zu vermeiden sind", sagt Christian Reimann.

Seine Lösung: Die lokal hohen Konzentrationen der Fremdatome lassen sich vermeiden, wenn man die Schmelze gut durchmischt. Den Trick, den er dabei anwendet, kann jeder leicht ausprobieren: Ähnlich wie die Sahne in der Kaffeetasse durch Pusten auf die Oberfläche bewegt wird, kann die Siliziumschmelze angeregt werden, indem die Schmelze durch eingeblasene Gase durchmischt wird. Zum Pusten benutzt Christian Reimann im Gegensatz zum Kaffeetrinker allerdings keine normale Luft, sondern das Edelgas Argon.

Von dieser tollen Arbeit war Christian Reimanns Promotionsbetreuer am Fraunhofer IISB so begeistert, dass er ihm die Bewerbung für den SolarWorld Junior Einstein Award vorschlug. "Als dann der Anruf kam, dass ich gewonnen haben, habe ich am Telefon gejubelt, dass es über den Flur zu hören war", erinnert er sich. Mit ihm wurde zum ersten Mal ein Forscher ausgezeichnet, der sich mit dem Thema Kristallisation beschäftigt, was Christian Reimann auch für seine Kollegen freut. "Der Preis hat dazu beigetragen, dass die Kristallzüchtung in der Photovoltaikbranche an Bedeutung gewinnt und dass man sich ihres großen Einflusses auf die Materialqualität bewusst wird." Auch die Wertschätzung der viereinhalb Jahre Arbeit und des emotionalen Engagements, die in dem Projekt steckten, habe ihn gefreut: "Man investiert sehr viel Zeit in Kristallzüchtungsversuche, denn sie sind langwierig und die Technologie ist schwierig zu handhaben. Die Arbeit mit hohen Temperaturen, heißen Schmelzen und Gasen lässt einen manchmal schon schlecht schlafen. Die Begeisterung für die Kristallzüchtung und die wissenschaftliche Neugierde dienen aber immer wieder als Nährboden für gute Ideen", so Christian Reimann, der heute als Gruppen­leiter am Fraunhofer IISB arbeitet. Der Junior Einstein Award und die damit verbundene Pressemitteilung habe ihn in der wissenschaftlichen Community bekannter gemacht. "Der Preis kann einem jungen Wissenschaftler weitere Türen öffnen."

Seine Begeisterung für die Photovoltaik gibt er heute als Betreuer an seine Studenten und wissenschaftlichen Mitarbeiter weiter, und er motiviert sie auch immer wieder zur Mühsal der Promotion. In seinen eigenen Projekten geht es noch immer heiß und vor allem praxisnah her: "Die Kristallzüchtung steht im Fokus. Ich beschäftige mich unter anderem mit der Verbesserung der Materialqualität durch die Verbesserung der Kristallzüchtungsprozesse, was eine Effizienzsteigerung der späteren Solarzelle zur Folge haben kann, aber auch Einfluss auf die Senkung der Produk­tionskosten pro Watt peak hat."

Dr. Christian Reimann wurde für seine Dissertation zum Thema Kristallzüchtung mit dem SolarWorld Junior Einstein Award ausgezeichnet. Auch heute beschäftigt er sich noch mit diesem Thema – am Frauenhofer IISB in Erlangen.

Der SolarWorld Junior Einstein Award 2012

  • Bewerbungen sind noch bis zum 29. Juni unter www.einstein-award.de möglich.
  • Gefragt sind wissenschaftliche Abschluss­arbeiten zum Thema Photovoltaik (Bachelor-, Master- oder Magisterarbeiten und Promotionen).
  • Die Preisverleihung findet am 25. September 2012 in Frankfurt statt.

Mehr Infos unter www.einstein-award.de

 
  • SolarWorld setzt Zeichen

    Mit dem SolarWorld Einstein-Award

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