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Kristalle finden vielfache Anwendung, das Foto zeigt einen multikristallinen Silicium-Wafer, die Basis für eine Solarzelle.

Kristalle finden vielfache Anwendung, das Foto zeigt einen multikristallinen Silicium-Wafer, die Basis für eine Solarzelle.

Bild: Fraunhofer-idw

Bausteine des modernen Lebens Kristalle - die Zukunft der Energie?

15.02.2017

Von Solarzellen bis Supraleiter: Kristalle lassen sich in der modernen Technik nahezu überall einsetzen - nur die Züchtung ist oftmals eine Herausforderung.

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„Ob Mobilfunk, Computer oder LED - kristalline Materialien gehören zu den wichtigsten Bausteinen des modernen Lebens“, sagt Dr. Stephan Riepe, Gruppenleiter in der Abteilung Siliciummaterial des Fraunhofer ISE, und fährt fort:„Für die Hochtemperatur-Supraleitung zur verlustarmen Energieübertragung werden Materialien mit spezieller Kristallstruktur entwickelt. Künstliche Diamanten sind einer der Favoriten für den Bau von Quantenrechnern. Die Herstellung von Silicium, III-V Halbleitern und aktuell auch von Perowskitschichten für kostengünstige hocheffiziente Tandemsolarzellen werden ebenso auf der Konferenz diskutiert.“

Wie züchtet man Kristalle für die modernen Verwendungszwecke?

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, die Kristallographie am Institut für Geo- und Umweltnaturwissenschaften der Universität Freiburg und die Universität Genf veranstalten unter dem Dach der Deutschen Gesellschaft für Kristallwachstum und Kristallzüchtung und der Schweizerischen Gesellschaft für Kristallographie vom 8. bis 10. März 2017 in den Räumen der Chemischen Institute der Universität Freiburg eine internationale Konferenz zur Kristallzüchtung.

Forschung für höhere Wirkungsgrade

In Freiburg arbeiten die Universität und die Fraunhofer-Institute eng zusammen. So untersuchte eine Doktorarbeit der Universität Freiburg am Fraunhofer ISE, wie man Verunreinigungen bei der Herstellung von multikristallinem Silicium minimieren kann. Dabei wird flüssiges Silicium in Quarztiegeln geschmolzen und anschließend erstarrt. Ähnlich wie bei einer Kuchenform das Mehl, dient dabei Siliciumnitrid-Pulver als Trennmittel zwischen Tiegel und Silicium. Dabei gilt es Verunreinigungen im Bereich von einem Teil pro Milliarde zu reduzieren, um höchste Solarzellenwirkungsgrade zu erzielen. Zur Klärung von Fragestellungen dieser Art werden regelmäßig gemeinsame studentische Abschlussarbeiten und auch Doktorarbeiten durchgeführt.

Am Standort Freiburg hat aber auch die Grundlagenforschung im Bereich der Kristallzüchtung im Weltall an der Kristallographie der Universität eine lange Tradition. Hierbei werden in Schwerelosigkeit Prozesse untersucht, die auf der Erde dann zur Optimierung der Herstellung von kristallinem Material genutzt werden und somit der angewandten Forschung und der Industrie zugeführt werden.

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