Ein EU-Forschungsprojekt will bis 2025 drei digitalisierte Pilotlinien für die PV-Produktion von Wafern, Zellen und Modulen in Europa aufbauen. Darüber informiert das Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS. Das Ziel sei die Überführung der neuesten Rückkontakttechnologie für Heterojunction-Solarzellen in eine Massenfertigung. Das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP setze dabei seine Kenntnisse ein.

Der Qualitäts- und Leistungsumfang der in Europa verorteten Herstellung von Materialien und Komponenten für die Photovoltaik, etwa Siliziumwafer, Solarzellen und -module, sei für die weitere Entwicklung der Branche von wesentlicher Bedeutung. Es gelte, Abhängigkeiten von Importen auf allen Fertigungsstufen zu reduzieren und wettbewerbsfähige Rahmenbedingungen zu schaffen. Der Fokus liegt auf der Produktion von hochwertigen und effizienten Solarzellen mit neuesten Technologien. Ein weiterer Aspekt der Herstellung in Europa ist die Einhaltung umweltfreundlicher Produktionsstandards. Dies beinhaltet die Verwendung von recycelten Materialien, den Einsatz erneuerbarer Energien in der Produktion und die Minimierung von Abfällen und Emissionen.

Das EU-finanzierte Projekt PILATUS setzt an diesem Punkt an und will mit digitalisierten Pilotlinien den Wettbewerbsvorteil des Faktors »Hergestellt in Europa« stärken. Dabei soll die gesamte Wertschöpfungskette in Europa verbleiben und den neuesten Umweltstandards entsprechen. Im Projekt wird die patentierte Tunnel-IBC-Technologie genutzt, um das Ziel einer Massenfertigung von Solarzellen im M10-Format (monokristallines Silizium als Material, 10 Zoll Durchmesser) zu erreichen.

Die Tunnel-IBC-Technologie reduziere die Verluste in der Solarzelle und erhöhe die Effizienz. Es handele sich dabei um eine spezifische Art der Rückseitenkontaktierung. Diese ermögliche es, die komplette Vorderseite einer Solarzelle für den Lichteinfang zu nutzen. Das Projekt will ferner den ökologischen Fußabdruck klein halten. Zum Einsatz kommen deshalb recycelte Werkstoffe und Ökodesign-Praktiken zur Erleichterung der Demontage von Photovoltaik-Modulen und Produktionsanlagen.

170 MW Module und 190 MW Zellen

Die Pilotlinie für Photovoltaik-Module soll ferner eine jährliche Produktionskapazität von mindestens 170 Megawatt erreichen, begleitet von einer Zellkapazität von 190 Megawatt. Mit Inline-Messtechnik und Industrie 4.0-Konzepten erfolge eine Analyse der Zellen und Module während des gesamten Herstellungsprozesses. So wollen die Partner Rückschlüsse auf mögliche Fehler und Schwachstellen während der Produktion ziehen zu können. Ziel sei, am Ende des Projekts eine Ausbeute von über 90 Prozent und bei den Modulen eine Lebensdauer von über 40 Jahren zu erreichen.

Die Arbeiten am Fraunhofer CSP zielen auf die Entwicklung eines automatisierten Inline-Metrologiesystems, bei der Künstliche Intelligenz (KI) während der messtechnischen Datenkette zum Einsatz kommt. Zunächst diene KI zur Extraktion von Merkmalen aus Bilddaten von Proben und zur korrekten Erkennung und Klassifizierung von Merkmalen und Defekten. Im weiteren Verlauf der Kette werden KI-basierte Algorithmen auf die extrahierten Klassifizierungs- und Merkmalsdaten aus dem Messgerät angewendet, um Muster zu finden, die auf Prozessfehler hinweisen und als direktes Feedback für die Prozesssteuerung verwendet werden können.

»Hierfür werden wir die am Fraunhofer CSP verortete Hochdurchsatz-Metrologie- und Klassifizierungsplattform MK4.0 nutzen, die im Projekt mit IBC-Inline-Metrologie-Lösungen und Sensorik für die statistische Zelldatenanalyse und KI-Bildalgorithmen ausgestattet wird«, sagt Dr. Marko Turek, kommissarischer Gruppenleiter »Diagnostik und Metrologie Solarzellen« am Fraunhofer CSP.

Für die Offline-Solarzell-Charakterisierung will das Fraunhofer CSP Defektbereiche auf den IBC-Solarzellen im Nanometerbereich mit mikrostrukturellen Methoden analysieren. So ließen sich die defektverursachenden Produktionsschritte identifizieren. Darüber hinaus sollen Offline-Testverfahren die Degradationsstabilität der IBC-Solarzellen sicherstellen. Zum Einsatz kommen etablierte Tests für lichtinduzierte Degradation und UV-Degradation.

Quelle: Fraunhofer IMWS | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH