Ressourceneffizienter Einsatz von Silizium am Beispiel Photovoltaik

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1 Innovationsforum Life Cycle und Recycling seltener Metalle mit strategischer Bedeutung Freiberg, März 2011 Ressourceneffizienter Einsatz von Silizium am Beispiel Photovoltaik Dr. Sven Köther-Becker A Member of

2 Index GfE Wertstoffanalyse Silzium Entwicklungstrend Fertigungstechnik Recycling Zusammenfassung A Member of

3 GfE 100 Jahre GfE GfE: AMG Advanced Metallurgical Group, N.V. Metallurg Holdings, Inc. GfE Gesellschaft für Elektrometallurgie mbh 1911 gegründet von Paul Grünfeld ca. 400 Mitarbeiter Firmenhauptsitz Nürnberg Weltweites Vertriebsnetz über Vertriebsbüros und Vertriebspartner PRODUKTE: Sputtertargets GfE Metalle und. Materialien GmbH 100% GfE Fremat GmbH 100% Oberflächenbeschichtungen Spezialhalbzeug KOMPETENZEN: Akkreditierte Labore o Chemische Analytik GfE Materials Technology Liasion Office, China GfE Materials Technology Inc. 100% 100% FNE Forschungsinstitut für Nichteisen- Metalle GmbH o Werkstoffdiagnostik Produktentwicklung Prozessentwicklung Verfahrensentwicklung 3 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

4 GfE - Standorte Hamburg Berlin Freiberg Frankfurt am Main Nürnberg Freiberg / Sachsen GfE Fremat GmbH München Nürnberg / Bayern GfE Gesellschaft für Elektrometallurgie mbh GfE Metalle und Materialien GmbH Brand-Erbisdorf / Sachsen GfE- Fremat GmbH- Produktion 4 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

5 GfE - Technologieportfolio Wertstoffkreislauf Veredlung Produktherstellung Recycling Schmelzen Umformen Thermisches Spritzen Wärmebehandlung Technologie Lichtbogenschmelzen Tiegelschmelzen Induktiv Drahtbeheizt Stabbeheizt Walzen Schmieden Pressen Tiefziehen HVOF -Spritzen Plasmaspritzen Drahtflammenspritzen Pulverflammenspritzen Lichtbogenspritzen Kaltgasspritzen Sintern Glühen Anlassen Hydrometallurgie Pyrometallurgie Si Al In Nb Sn Zn V Mo Ti Ta 5 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

6 Wertstoffanalyse Silizium Wertschöpfung Silizium für die PV Prozess Quadrieren Produkte Poly Silizium aus SiHCl 3 - Route Poly Silizium aus SiH 4 - Route Ingot Brick Verschnitt Verschnitt Verschnitt umg- Silizium Wertstoffe Top/Tail Side Cut Fehlerhafte Bricks Slurry Fehlerhafte Bricks bruch Slurry Fehlerhafte Zellen Fehlerhafte Normierte Ausbeute Feedstock = + Wertstoff 30 % Verschnitt 32 % Verschnitt 5 % Verschnitt 100 % Ingot 70 % Bricks 38 % 30 % 6 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

7 Entwicklungstrend Fertigungstechnik - Ingotfertigung Trend Produktivität Erhöhung der Grundfläche / Brickanzahl Reduzierung von Seitenverschnitt Erhöhung der Produktivität Trend Ausbeute Erhöhung der Ingothöhe Reduzierung von Kopf-/Bodenverschnitt Keine Erhöhung der Ausbeute Höhe Generation G5 G6 G7 (Grundfläche) Side Cut Verschnitt 13,8 % 10,6 % 9,8 % Top / Tail Verschnitt Standard 18,0 % 68,2 % 71,4 % 72,2 % Stufe 1 16,1 % 70,1 % 73,3 % 74,1 % Stufe 2 14,1 % 72,1 % 75,3 % 76,1 % Referenzdaten o Gen kg o Tiegelhöhe 420 mm (Standard) G5 G7 7 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

8 Entwicklungstrend Fertigungstechnik - Ingotfertigung Prozess Quadrieren Produkte Ingot Brick G5 G6 G7 Normierte Ausbeute Höhe II Höhe II Höhe II % +8,5 % + 11,5 % = G5 Standard-Höhe 8 G5 G6 G7 Höhe II Höhe II Höhe II G5 G6 G7 Höhe II Höhe II Höhe II 1,7 2,5 3,4 30 ausbeute steigt von G5 G7 (+ 100 %) ausbeute steigt mit zunehmender Höhe (+ 30 %) Normierte Ausbeute an Silizium nahezu konstant (+ 3 %) G5 G7 8 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

9 Entwicklungstrend Fertigungstechnik - ing Trend Sägespalt Verringerung des Sägespaltes ( µm) Erhöhung der Ausbeute Reduzierung des Sägeverschnittes Sägespalt 170 µm 150 µm 100 µm Trend dicke Reduktion der dicke ( µm) Erhöhung der Ausbeute Erhöhung des Siliziumverschnittes dicke ausbeute Si- Ausbeute ausbeute Si- Ausbeute ausbeute Si- Ausbeute 200 µm 100 % 38 % 106 % 40 % 123 % 47 % 150 µm 116 % 33 % 123 % 35 % 148 % 42 % 120 µm 128 % 29 % 137 % 31 % 168 % 38 % Referenzdaten o Gen kg o dicke 200 µm o Sägespalt 170 µm 9 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

10 Entwicklungstrend Fertigungstechnik - ing Prozess Quadrieren Produkte Ingot Brick Normierte Ausbeute dicke Sägespalt dicke Sägespalt = G5 Standard-Höhe 32= = Verringerung der dicke ausbeute steigt (100% 126%) Normierte Ausbeute an Si sinkt ( 38% 32%) Verringerung des Sägespaltes ausbeute steigt (100% 123%) Normierte Ausbeute an Si steigt ( 38% 49%) 10 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

11 Entwicklungstrend Fertigungstechnik - Zusammenfassung ausbeute [%] Zielstellung: Ausbeute an 250 GEN5 Standard (100%) Zielstellung: Normierte Ausbeute GEN5 Standard (30%) 0 Grundfläche erhöhen Ingothöhe erhöhen dicke reduzieren Entwicklungstrend Fertigungstechnik Sägespalt reduzieren Entwicklungstrend Fertigungstechnik Zielstellung: Steigerung der Ausbeute an Ergebnis: G5 G7 ausbeute steigt 100 % Ingothöhe ausbeute steigt 30 % Reduzierung der dicke ausbeute steigt 28 % Reduzierung des Sägespalt ausbeute steigt 23 % Entwicklungstrend Fertigungstechnik Zielstellung: Steigerung der normierten Ausbeute Ergebnis: Lediglich der Sägespalt hat einen Einfluß auf die Zielstellung 11 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

12 Entwicklungstrend Recycling - Klassifizierung von Prozessabfällen Slurry: Starke Verunreinigungen durch Sägeprozess (SiC, Fe, O, ) Verunreinigung aus Feedstock Top: hoch angereicherte Segregationsprodukte Fehlerhafte Bricks: Ausscheidungen Spannungsrisse Dotiermittelzusammensetzung Side cut: Diffusionsprodukte aus dem Kokillenwerkstoff Ausscheidungen aus dem Schmelzvolumen Tail: Diffusionsprodukte aus dem Kokillenwerkstoff Verunreinigung aus Feedstock Fehlerhafte / bruch: Oberflächenverunreinigung durch prozess Dotierungszusammensetzung Ausscheidungen aus dem Schmelzvolumen Klassifizierung der Prozessabfälle nach Höhe der Kontamination Art der Kontamination (SiC, SiN, SiO2, ) Metalle und Dotierelemente Form (Pulver oder stückig) 12 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

13 Entwicklungstrend Recycling Rückführung von stückigem Material Analyse des stückigen Materials Klassifizierung des stückigen Materials Feedstockzusammensetzung festlegen Bestückung Prozessdaten festlegen Kristallisation Rückführung von Side Cut Rückführung von Tail Cut Reduzierung des Primärsiliziums < 20% 13 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

14 Entwicklungstrend Recycling Rückführung von stückigem Material Prozess Quadrieren Produkte Ingot Brick Normierte Ausbeute 20 Side Cut / Tail Zielstellung: Reduktion des s = G5 Standard-Höhe Rückführung von gering kontaminierten Side und Tail Cut Stücken in den Folgeprozess reduziert den bedarf Reduktion des s < 20% Normierte Ausbeute an Si steigt < 25% 14 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

15 Entwicklungstrend Recycling Rückführung von Pulver Analyse des Slurry Klassifizierung des Slurry Feedstockzusammensetzung festlegen Bestückung Prozessdaten festlegen Kristallisation Rückführung von Si aus Sägeslurry Reduzierung des Primärsiliziums < 28% 15 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

16 Entwicklungstrend Recycling Rückführung von Pulver Prozess Quadrieren Produkte Ingot Brick Normierte Ausbeute 28 Si aus Sägeslurry Zielstellung: Reduktion des s = G5 Standard-Höhe Rückführung von gering kontaminiertem Sägeslurry in den Folgeprozess reduziert den bedarf Reduktion des s < 28% Normierte Ausbeute an Si steigt < 38% 16 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

17 Entwicklungstrend Recycling Zusammenfassung Zielstellung: Reduktion bedarf [%] 120 GEN5 Standard (100%) % 38% Side Cut / Tail Si aus Slurry Rückführung v. Wertstoffen Zielstellung: Normierte Ausbeute GEN5 Standard (30%) Entwicklungstrend Recycling Zielstellung: Reduktion an Ergebnis: Side und Tail Cut Reduktion an < 25% Sägeslurry Reduktion an < 38% Entwicklungstrend Recycling Zielstellung: Steigerung der normierten Ausbeute Ergebnis: Side und Tail Cut Erhöhung der normierten Ausbeute < 25% Sägeslurry Erhöhung der normierten Ausbeute < 38% 17 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

18 Zusammenfassung Fertigungstechnik Steigerung der ausbeute Recycling von Wertstoffen Reduzierung des bedarfs Gesamtheitliche Betrachtung des Life Cycle von PV Silizium Minimierung des bedarfs - Potential < 50% Maximierung der pro kg - Potential > 100% Recyclinganteil ist von der Klassifizierung des Wertstoffs abhängig Optimum: Rückführung von des maximalen Verschnitts in den Folgeprozess Vermeidung eines Abfallbergs 18 März 2011 GfE Fremat GmbH / Confidential A Member of

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit A Member of