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Temperatursensorik in der Siliziumproduktion

Bild 1. Im CVD-Reaktor werden bei einer Temperatur von 1 200 °C Trichlorsilan und Wasserstoff zusammengeführt. Das Verfahren stellt hohe Anforderungen an die Messtechnik

Bild 2. Für den Kühlkreislauf eines Reaktors zur Siliziumerzeugung sind verschiedene Messgeräte notwendig

Die Welt benötigt Energie. Noch decken wir mehr als vier Fünftel des Bedarfs aus endlichen Quellen. Aber der Anteil erneuerbarer Energien steigt. Der technische Fortschritt ermöglicht die Energiewende: Solarstrom soll schon bald so günstig herzustellen sein wie herkömmlich erzeugte Elektrizität. Der deutsche Photovoltaikspezialist Centrotherm Photovoltaics treibt diese Entwicklung voran.

Die Centrotherm Photovoltaics AG ist ein Anbieter von Produktionsanlagen und Dienstleistungen für die Photovoltaikindustrie. Das Blaubeurer Unternehmen versorgt die Hersteller von Solarsilizium, -zellen und -modulen mit Maschinen, Ausrüstung, Technologie und Know-how entlang der gesamten photovoltaischen Wertschöpfungskette.
„Unser Geschäft boomt, und unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter fahren Sonderschichten am Wochenende“, berichtet Dr. Frank Stubhan. Er leitet das operative Geschäft der Centrotherm Sitec GmbH, die sich auf Technologie und Equipment zur Herstellung von Solarsilizium spezialisiert hat. Das Unternehmen verfügt über mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Photovoltaik – eine lange Zeitspanne in dieser verhältnismäßig jungen Branche. Es hat umfassendes Know-how in der Prozess- und Produktionstechnologie gesammelt und errichtet heute in aller Welt schlüsselfertige Fertigungslinien für kristalline Solarzellen und Dünnschichtmodule.

Vom Quarzsand zum Solarpanel
Der Konzern gliedert sich in drei Geschäftsbereiche. Der Bereich „Silizium und Wafer“, den die Tochtergesellschaft Centrotherm Sitec GmbH abdeckt, entwickelt Verfahren und fertigt Anlagen zur Herstellung und Verarbeitung des Rohstoffs Silizium. Ausgangsmaterial ist dabei metallurgisches Silizium, welches aus Quarzsand gewonnen wird.
Die Einheit „Solarzelle und Modul“ entwickelt und vertreibt Anlagen und schlüsselfertige Produktionslinien für die Fertigung von Solarzellen bis hin zu kompletten Solarmodulen. Er umfasst auch das Geschäftsfeld „Halbleiter und Mikroelektronik“, das auf Anlagen zur Herstellung von Halbleiterbauelementen spezialisiert ist.
Der Bereich „Dünnschichtmodul“ schließlich beschäftigt sich mit Prozessen und Verfahren für Solarzellen auf Basis der Dünnschichttechnologie.

Technologie und Know-how aus einer Hand
Es ist aber nicht allein der Boom der Solarbranche, der die Geschäfte beflügelt. „Wir sind in der Lage, unseren Kunden nicht nur die Produktionsprozesse anzubieten, sondern auch das gesamte technologische Know-how“, betont F. Stubhan. „Als Kunde können Sie bei uns ohne große Vorkenntnisse der Branche in die Silizium- und Solarzellenproduktion einsteigen. Wir planen und liefern die komplette Fabrik, übernehmen den Service und schulen das Anlagenpersonal.“
Das umfassende Leistungs- und Produktangebot setzt bei der Gewinnung des Rohstoffs Silizium an, umfasst die Herstellung von Polysilizium und Siliziumblöcken – den sogenannten Ingots – und reicht bis zur Weiterverarbeitung zu Wafern, den quadratischen Grundplatten der Solarzellen. Das Unternehmen liefert Schlüsselkomponenten und Technologien, unterstützt seine Kunden mit Dienstleistungen vom Engineering über das Projektmanagement und die Inbetriebnahme bis hin zum Kundendienst.

Bei der Silizium-Herstellung setzt Centrotherm Sitec das Siemens-Verfahren ein. „Diese Technologie ist bewährt“, betont Dr. Albrecht Mozer, der Vorsitzende der Geschäftsführung. „Wir erzielen damit einen hohen Reinheitsgrad und können sowohl die nötige Qualität als auch die erwartete Produktionskapazität garantieren.“ Das Blaubeurer Unternehmen hat das Verfahren immer wieder verfeinert und verbessert. Ziel ist ein sparsamer Umgang mit Ressourcen und eine möglichst geringe Belastung der Umwelt. Ein niedriger Energieverbrauch reduziert die Kosten und die Rückgewinnung von Prozessgasen senkt den Schadstoffausstoß.
In den Anlagen und Reaktoren kommt es auf Genauigkeit und Zuverlässigkeit an. Betriebssicherheit und Explosionsschutz sind wichtige Themen, denn es wird mit gefährlichen Stoffen gearbeitet. Hohe Temperaturen und Drücke belasten das Material (Bild 1). Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, vertraut Centrotherm Photovoltaics seit vielen Jahren auf Messgeräte und Systemkomponenten von Endress+Hauser. So beinhaltet das Messtechnikpaket verschiedene Durchfluss- und Füllstandmessgeräte, Drucktransmitter und Analysesensoren, alles aus einer Hand (Bild 2).

Hohe Drücke und Temperaturen
Der Produktionsprozess ist leistungsintensiv und muss entsprechend gekühlt werden. Daraus resultieren besondere Anforderungen an die Temperaturmesstechnik. Eine Lösung bieten die Thermoelemente Omnigrad S TC15 und PT-100-Widerstandsthermometer des Typs Omnigrad S TR15. Die Reihe Omnigrad S ist für den Einsatz bei hohen Drücken und Temperaturen und bei erhöhten Strömungsgeschwindigkeiten geeignet. Daher ist das Haupteinsatzgebiet der TC15-Thermoelemente der Reaktionsbehälter. Die PT-100-Thermometer sind aufgrund ihrer Messbereichsspanne von –200 °C bis 600 °C ideal für den Kühlprozess.
Die SIL-Zulassung der Itemp-TMT187-Kopftransmitter und die Liefer-Performance waren für Centrotherm Sitec zusätzliche Argumente bei der Lieferantenauswahl.
Auch Software von Endress+Hauser zur Parametrierung der Messtechnik wird eingesetzt. Außerdem hilft das Unternehmen bei der Inbetriebnahme von Anlagen und Schulung des Personals. Es unterstützt die Solarindustrie somit in allen Belangen der Prozessmesstechnik.

Technologische Sicherheit
Wenn es um die Entscheidung geht, viele Millionen Euro in eine komplette Siliziumanlage zu investieren, gibt letztlich das Know-how den Ausschlag. Für Centrotherm Photovoltaics steht deshalb die ständige Weiterentwicklung und Verbesserung der Anlagen und Verfahren im Mittelpunkt. A. Mozer betont: „Unsere Kunden erwarten von uns keine Experimente, sondern bewährte Produktionsprozesse mit möglichst großer technologischer Sicherheit.“ Dieser Erwartung begegnet der Geschäftsführer mit einer ebenso klaren wie einfachen Vorgabe an Mitarbeiter und Zulieferer: „Wir wollen Qualität, Qualität und nochmals Qualität.“

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Autor: Rudolf Schmid ist als Vertriebs-ingenieur für die Endress+Hauser Messtechnik GmbH + Co. KG in Weil am Rhein tätig.