Mit einer neuen Technologie will das Fraunhofer ISE große Solarwafer in Hochgeschwindigkeit herstellen. Denn laut einer Mitteilung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesystem ISE, stellt die Photovoltaikindustrie ihre Produktion zunehmend auf größere Waferformate um. Hintergrund dafür ist, dass sie so effizientere Solarmodule herstellen können. Insbesondere Solarzellen mit einer Kantenlänge von bis zu 210 Millimetern mit gleichbleibender Qualität und Taktrate stelle die Anlagenhersteller vor Herausforderungen. Einem Forschungsteam am Fraunhofer ISE sei nun aber die Umsetzung eines neuartigen Anlagenkonzepts für die Laserbearbeitung gelungen. Es prozessiert die Wafer kontinuierlich, während sie sich auf einem Band mit hoher Geschwindigkeit unter dem Laserscanner hindurchbewegen. Die Anlage könne auch für große Solarzellen eine halbe Million Kontaktöffnungen pro Sekunde herstellen. Dabei liege der effektive Durchsatz bei über 15.000 Wafern pro Stunde.

Bisher sei es üblich, dass bei der Produktion gängiger Passivated Emitter and Rear -Solarzellen (PERC) Laserpulsen dünne isolierende Schichten für die elektrische Kontaktierung lokal öffnen. Diese Öffnungen in gleichbleibend geringer Größe auf einem Bildfeld von mehr als 160mm zu erzeugen, sei eine Herausforderung. Es stelle höchste Ansprüche an die anlagentechnische Umsetzung. Laut Prognosen der International Technology Roadmap for Photovoltaik 2022 werden aber bereits in diesem Jahr die Hälfte der produzierten Solarzellen eine Kantenlänge von mehr als 180mm aufweisen. Diese sind in gängigen Laserbearbeitungsanlagen für diese Formate aktuell nicht ohne Kompromisse umzusetzen. Denn ein größere Bearbeitungsfläche bedeutet dort entweder stark verringerte Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls. Oder es bedeute größere Strukturgrößen und damit entweder einen Durchsatz- oder Qualitätsverlust. Dabei begrenzt der Durchsatz der marktgängigen Anlagen zur Strukturierung und Metallisierung von Solarzellen derzeit ohnehin den Ausstoß der Produktion.

Laser mit 3000 km/h

Das neue Konzept des Fraunhofer ISE sei hingegen geeignet, großflächige Waferformate wie M12 und G12 auch mit hohem Durchsatz und kleinen Strukturgrößen umzusetzen. Möglich mache dies die »Polygon-Scan«-Technologie des Projektpartners MOEWE Optical Solutions GmbH. Dabei bewege ein schnelldrehendes Spiegelrad den Laserstrahl mit über 3000 Kilometer pro Stunde über die Probe bewegt. Dies ist etwa 20-mal schneller, als es heute gebräuchliche Galvanometer-Scanner leisten. »Um das Potenzial der ultraschnellen Scanner und Laser zu erschließen, haben wir eigens für die Anlage eine Sensorik entwickelt, die trotz der Hochgeschwindigkeit die geforderte Positioniergenauigkeit ermöglicht«, sagt Dr. Fabian Meyer, Teamleiter für Laseranlagenentwicklung am Fraunhofer ISE. Mit 15.000 Solarwafern pro Stunde liegt der Durchsatz der neuen Anlage deutlich über dem Industriestandard von derzeit 7000 pro Stunde. Darüber hinaus konnte sein Team nachweisen, dass mit der Demonstrator-Anlage bearbeitete PERC-Solarzellen den gleichen hohen Wirkungsgrad aufweisen wie nach aktuellem Industriestandard hergestellte Zellen.

Wegen der niedrigen laufenden Kosten der Laserprozessierung erwarten die Forscher deutliche Kostenvorteile ihrer Hochdurchsatz-Technologie. »Die Ergebnisse des Forschungsteams leisten deshalb einen wichtigen Beitrag zur Produktivitätssteigerung und Kostenreduktion in der Solarzellenherstellung«, sagt Dr.-Ing. Ralf Preu, Bereichsleiter Photovoltaik-Produktionstechnologie am Fraunhofer ISE. »Das demonstrierte Anlagenkonzept ist wegweisend für die Strukturierungsprozesse in der Photovoltaik-Produktionskette.«

26.4.2022 | Quelle: Fraunhofer ISE | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH