Der Flachbett-Siebdruck ist bisher das Standard-Verfahren für die Produktion von Silizium-Solarzellen. Auch bei vielen anderen elektronischen Bauteilen kommt er zum Einsatz. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) und der Asys Automatisierungssysteme GmbH arbeitet an einer neuen Produktionstechnik.

Demonstrator kann jetzt Solarzellen produzieren

Das Projektkonsortium hat nun mit dem Demonstrator für die Hochdurchsatz-Metallisierung den Proof of Concept erbracht, dass eine Durchsatz-Steigerung um den Faktor 1,5 möglich ist. Die Forscher:innen rechnen damit, dass noch mehr geht. „Die Anlage hat das technische Potenzial den Durchsatz im Vergleich zu Siebdruckanlagen zu verdoppeln,“ sagt Andreas Lorenz, Projektleiter am Fraunhofer ISE. Diese Zielgröße hatte das Fraunhofer ISE auch 2020 genannt, als man aber noch in einem früheren Projektstadium war. Mittlerweile ist der Demonstrator so weit ausgereift, dass grundsätzlich eine Produktion von Solarzellen oder anderen Elektronik-Teilen möglich wäre.

Metallisierung ist Flaschenhals in der Produktion von Solarzellen

Für die schnelle Produktionstechnik nutzen die Entwickler:innen den Rotationssiebdruck- und das Flexodruckverfahren. Mit der neuen Anlage realisierte das Forschungsteam eine Taktzeit von nur 0,6 Sekunden pro Solarzelle. Der neue Prozess könne auch für den funktionalen Druck in der Wasserstofftechnologie, Sensorik oder Leistungselektronik eingesetzt werden, heißt es vom Fraunhofer ISE.

„Die Metallisierung per Siebdruck ist verfahrensbedingt auf einen Durchsatz von aktuell circa 0,9 Sekunden pro Solarzelle und Spur begrenzt“, sagt Florian Clement. Er leitet die Abteilung „Produktionstechnologie – Strukturierung und Metallisierung“ am Fraunhofer ISE. „Der Druck ist damit ein Flaschenhals im Produktionsprozess von Silizium-Solarzellen, und auch im Beschichtungsprozess von Stückgut-Komponenten in vielen anderen Branchen“.

Die Demo-Anlage verfügt über ein neu entwickeltes Hochdurchsatz-Transportsystem. Autonome „Shuttles“ transportieren die Solarzellen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durch die Druckwerke. Letztere stammen von der Schweizer Maschinenbaufirma Gallus Ferd. Rüesch AG, einem Teil der Heidelberger Druckmaschinen AG. Die Druckmaschinen beschichten die Zellen mit den feinen Strukturen. Das System ist modular aufgebaut. Je nach Anforderung lässt sich ein Rotationssiebdruckwerk oder ein Flexodruckwerk dazuschalten. Auch weitere Druck- und Beschichtungsverfahren wie Multi-Nozzle Dispensing und Tiefdruck seien integrierbar.

Hochdurchsatz-Beschichtung nicht nur für Solarzellen

Die möglichen Anwendungsgebiete der neuen Anlage gingen dabei weit über die Metallisierung von Silizium-Solarzellen hinaus, erklärt das Fraunhofer ISE. Die meisten Druck- und Beschichtungsanlagen seien auf Substrate beschränkt, die in Bahnen von einer Rolle zur anderen laufen („Rund zu Rund“). Die neue Anlage sei hingegen speziell für die Hochdurchsatz-Beschichtung von Stückgut-Komponenten geeignet („Rund zu Flach“). Dazu gehören neben Solarzellen zum Beispiel Leiterplatten und Chipkarten.

Das Verfahren und Anlage wurden in den Forschungsprojekten „Rock-Star“ und „Rock-IT“ entwickelt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK (ehemals BMWi) förderten die Projekte.

Das Konzept gibt es auch auf der Fachmesse für gedruckte Elektronik Lopec vom 23. bis 24. März in München zu sehen.

18.3.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH