Um effizientere Solarmodule herstellen zu können, stellt die Photovoltaikindustrie ihre Produktion zunehmend auf grössere Waferformate um. Einem Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE gelang jetzt die Umsetzung eines neuartigen Anlagenkonzepts. Es prozessiert die Wafer kontinuierlich, während sie sich auf einem Band mit hoher Geschwindigkeit unter dem Laserscanner hindurchbewegen.
Fraunhofer ISE/Redaktion
Bei der Produktion gängiger Passivated Emitter and Rear -Solarzellen (PERC) werden mit Laserpulsen dünne isolierende Schichten für die elektrische Kontaktierung lokal geöffnet. Diese Öffnungen in gleichbleibend geringer Grösse auf einem Bildfeld von mehr als 160mm zu erzeugen, stellt höchste Ansprüche an die anlagentechnische Umsetzung. Laut Prognosen 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: Ein grössere Bearbeitungsfläche bedeutet dort entweder stark verringerte Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls oder 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.
«Polygon-Scan»-Technologie
Das neue Konzept des Fraunhofer ISE sei hingegen geeignet, grossflächige Waferformate wie M12 und G12 auch mit hohem Durchsatz und kleinen Strukturgrössen umzusetzen, schreibt das Institut in einer Mitteilung. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz der «Polygon-Scan»-Technologie des Projektpartners MOEWE Optical Solutions GmbH, bei der 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 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.