Germanium: Anwendungen und Einsatzgebiete — Teil 3

Solarzellen

Reine Ger­ma­ni­umwafer wer­den haupt­säch­lich als Sub­strat für einen speziellen Typ von Solarzellen benutzt. Ge-Wafer des Durchmessers von 300 mm kön­nen mit Hil­fe nach Czochral­s­ki gezüchtet wer­den. Wird Ger­ma­ni­um epi­taxisch auf Siliz­iumwafern gezüchtet, spricht man von epi­taxis­chen Ge-Wafern. Ge beziehungsweise SiGe wird mit­tels chemis­ch­er Beschich­tung per „chem­i­cal vapour depo­si­tion“ aus der Gas­phase auf einem Siliz­ium­sub­strat abgeschieden.

Mit Siliz­iumger­ma­ni­um (SiGe) wird eine Legierung beze­ich­net, die aus einem molaren Ver­hält­nis von Siliz­ium und Ger­ma­ni­um resul­tiert. SiGe-Bauteile wer­den für draht­lose Geräte, wire­less LAN, optis­che Kom­mu­nika­tion­ssys­teme, aber auch für HDDs Chips in Auto­mo­bilen und im GPS Sys­tem ver­wen­det. SiGe-Tran­si­s­toren sind klein, rauschen wenig und sind energieef­fizient. Sie helfen, die Bat­terielaufzeit­en von mobilen Geräten zu ver­längern. Auch bei hohen Tem­per­a­turen und im ultra-hochfre­quenten Bere­ich arbeit­en sie sta­bil und zuver­läs­sig. SiGe-Chips zeich­nen sich vor allem durch ihre Schnel­ligkeit aus.

Dünnschicht-Photovoltaik

Dünnschicht­tech­nolo­gien beze­ich­nen Ver­fahren, bei denen Fest­stoffe im Mikro- oder Nanome­ter­bere­ich bis hin zu monomoleku­laren Schicht­en, aufge­tra­gen wer­den. Der Auf­trag geschieht um optis­che Eigen­schaften, die Fes­tikeit, die Leit­fähigkeit oder andere physikalis­che Eigen­schaften zu verbessern. Die Ober­flächen­be­hand­lung soll erre­ichen, dass die Eigen­schaften nicht von denen eines mas­siv­en Kör­pers aus dem­sel­ben Mate­r­i­al abweichen.

Dünnschicht­tech­nolo­gien umfassen dabei nicht nur das Auf­tra­gen, son­dern auch die Bear­beitung der aufge­bracht­en Schicht­en. Als Ober­flächen­tech­nik hat sich die Dünnschicht­tech­nolo­gie in vie­len indus­triellen Bere­ichen zu ein­er zukun­ftsweisenden Schlüs­sel­tech­nolo­gie entwick­elt. Dünnschicht­tech­nik wird deshalb auch in der Pho­to­voltaik, als einem der ganz großen Zukun­ftsmärk­te genutzt. Die gün­stig­ste Vari­ante sind kristalline GaAs-Dünnschicht­en auf einkristalli­nen Ger­ma­ni­um-Wafern, bei denen wegen der fast iden­tis­chen Git­terkon­stan­ten Epi­tax­ie möglich ist. Dabei richtet sich das Kristallwach­s­tum der aufge­bracht­en Schicht, an der Wach­s­tum­saus­rich­tung des Basis Kristalls aus.

Glasfaserkabel

Zitat (Deutsche Rohstoffa­gen­tur, gekürzt)): Laut Strat­e­gyR (2020) wird die Nach­frage an Ger­ma­ni­um für Glas­faserk­a­bel zwis­chen 2020 und 2027 mit ein­er CAGR von 6,2% wach­sen und 90,3 t im Jahr 2027 erre­ichen. Damit wächst die Nach­frage für Glas­faserk­a­bel deut­lich stärk­er als die Gesamt­nach­frage für Ger­ma­ni­um, für welche Strat­e­gyR (2020) ein Wach­s­tum von 173,1 t in 2020 auf 225,6 t in 2027 prog­nos­tiziert (CAGR 3,9%). Der Ein­fluss der Covid-19-Krise ist in diesen Prog­nosen schon berück­sichtigt, so dass langfristig ein stärk­eres Wach­s­tum plau­si­bel erscheint. Im Szenario SSP2 wird ein Fortschreiben his­torisch­er Trends angenom­men und so die durch­schnit­tliche Wach­s­tum­srate zwis­chen 2027 und 2040 auf CAGR 8% geschätzt. Im Szenario SSP5 wird dage­gen von einem schnelleren und stärk­eren Aus­bau ausgegangen.

Die Erschließung bish­er nicht erschlossen­er Gebi­ete geht auf­grund eines schnellen Auf­holens der Län­der mit gerin­gerem Einkom­menslev­el rasch voran. Haupt­treiber des Wach­s­tums ist jedoch die stetig wach­sende Datenüber­tra­gung bed­ingt durch neue tech­nol­o­gis­che Möglichkeit­en wie 5G, IoT, Cloud Com­put­ing, KI, Stream­ing und Gam­ing. Die CAGR wird auf 9% geschätzt. Im Szenario SSP1 wird eben[1]falls von ein­er Beschle­u­ni­gung gegenüber his­torischen Trends aus­ge­gan­gen, was die tech­nol­o­gis­che Entwick­lung und das Auf­holen der Län­der mit gerin­gerem Einkom­men bet­rifft. Ins­beson­dere die Nutzung dig­i­taler Tech­nolo­gien für nach­haltige Anwen­dun­gen in den Bere­ichen Bil­dung Gesund­heit und Umweltschutz geht zügig voran und treibt den weit­eren Aus­bau. Auch der poli­tis­che Wille zum Aus­bau der Glas­faser­net­ze ist inter­na­tion­al zu spüren. Für die Jahre zwis­chen 2027 und 2040 ergibt sich in diesem Fall eine CAGR von 7,7%. Resul­tierend steigen die Bedarfe an Ger­ma­ni­um bis 2040. Zu den The­men Recy­cling, Ressourcenef­fizienz und Sub­sti­tu­tion ist zu sagen, dass auf­grund der sehr gerin­gen Konzen­tra­tion von Ger­ma­ni­um­diox­id als Dotierung im Sil­i­cat­glas, die Rück­gewin­nung von Ger­ma­ni­um aus Glas­faserk­a­beln schwierig ist. Auch die sehr lan­gen Lebens­dauern bei gle­ichzeit­ig steigen­der Nach­frage sprechen nicht für eine aus­sicht­sre­iche Sekundärrohstoffquelle.

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