3. Mai 2022
Um effizientere Solarmodule herstellen zu können, stellt die Photovoltaikindustrie ihre Produktion zunehmend auf grössere Waferformate um. Deren Herstellung mit einer Kantenlänge von bis zu 210 mm mit gleichbleibender Qualität und Taktrate, stellt die Anlagenhersteller allerdings vor neue Herausforderungen.
Einem Forschungsteam am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesystem ISE gelang jetzt die Umsetzung eines neuartigen Anlagenkonzepts für die Laserbearbeitung – es prozessiert die Wafer kontinuierlich, während sie sich auf einem Band mit hoher Geschwindigkeit unter dem Laserscanner hindurch bewegen.
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 160 mm zu erzeugen, stellt 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 180 mm aufweisen. Diese sind in gängigen Laserbearbeitungsanlagen aktuell nicht ohne Kompromisse umzusetzen: Ein grössere Bearbeitungsfläche bedeutet entweder eine stark verringerte Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls oder grössere Strukturgrössen und damit entweder einen Durchsatz- oder Qualitätsverlust.
Das neue Konzept des Fraunhofer ISE ist hingegen geeignet, grossflächige Waferformate wie M12 und G12 auch mit hohem Durchsatz und kleinen Strukturgrössen umzusetzen. Ermöglicht wird dies durch den Einsatz der «Polygon-Scan»-Technologie, bei der ein schnelldrehendes Spiegelrad den Laserstrahl mit über 3000 km/h über die Probe bewegt. Dies ist etwa zwanzigmal schneller, als es heute gebräuchliche Galvanometer-Scanner leisten.
Mit 15’000 Solarwafern pro Stunde liegt der Durchsatz der neuen Anlage deutlich über dem Industriestandard von derzeit 7000 pro Stunde. Darüber hinaus können die PERC-Solarzellen, die mit der Demonstrator-Anlage bearbeitet wurden, den gleichen hohen Wirkungsgrad aufweisen wie nach aktuellem Industriestandard hergestellte Zellen.