Photovoltaik
Präzise und mit hohem Durchsatz: Neue Laseranlage optimiert die Produktion von Siliziumsolarzellen
Täglich werden weltweit mehrere Millionen Siliziumwafer produziert, um daraus Solarzellen und Solarmodule herzustellen. Das Forschungsteam des Projekts Miracle hat einen neuen Laser-Anlagen-Prototyp entwickelt, der den Produktionsprozess verbessert.
Die Produktion von Siliziumsolarzellen wird aktuell verstärkt auf größere Formate umgestellt. Das stellt die Photovoltaikindustrie im Bereich der Laserbearbeitung vor neue Herausforderungen. Um die großen Waferformate mit unveränderter – oder besserer – Qualität und Taktrate bearbeiten zu können, benötigen die Hersteller entsprechend optimierte Anlagen.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat im Projekt Miracle dazu eine neue Anlage in Betrieb genommen. Das Anlagenkonzept hat das Wissenschaftsteam mit mehreren Industriepartnern im Vorgängerprojekt PoLariS entwickelt. Der neue Laser-Anlagen-Prototyp kombiniert „on-the-fly“-Prozessierung mit ultraschneller Scantechnologie, ultraschnellen Laserquellen, High-End-Optiken und Sensorik. 2022 haben die Forschenden bereits in Synergie aus den Projekten PoLariS und NextTec eine Laseranlage erfolgreich in Betrieb genommen. Mit dieser konnten sie einen effektiven Durchsatz von mehr als 15.000 Wafern pro Stunde erzielen. Der jetzt einsatzfähige Laser-Anlagen-Prototyp nutzt ultraviolette Wellenlängen und ermöglicht besonders kleine Strukturen.
Schnelle Fertigung von großen Werkstücken mit kleinen Strukturen
„Das Besondere am Aufbau des Demonstrators ist, dass große Werkstücke sehr schnell und mit kleiner Strukturgröße prozessiert werden können. Ein großes Bildfeld, schnelle Prozessierung, feine Strukturen – in der Branche der Lasermaterialbearbeitung ist der Gedanke fest verankert, dass man nur zwei dieser drei Eigenschaften gleichzeitig haben kann. Mit dieser Anlage haben wir alle drei Wünsche gleichzeitig erfüllt“, sagt Dr. Jale Schneider, Leiterin des Projekts Miracle am Fraunhofer ISE.
Mit dem Demonstrator kann das Wissenschaftsteam Solarzellen im Wafer-Format der Größe M12 (210 Millimeter mal 210 Millimeter) herstellen, mit Strukturen kleiner als 15 Mikrometer Größe. Der Laser arbeitet hierbei im ultravioletten Bereich. Gegenüber aktuellen, vergleichbaren Anlagen, die auch mit UV-Lasern arbeiten, sind die gefertigten Strukturen um etwa ein Drittel kleiner. Im Vergleich zu Anlagen im infraroten Wellenlängenbereich, die zurzeit noch häufig eingesetzt werden, erzielen die Forschenden sogar um ein Dreifaches kleinere Strukturen. Der Mehrwert liegt darin, dass schmalere Leiterbahnen erstellt werden können. Das bedeutet weniger Materialverbrauch für die Metallisierung. Durch den Einsatz von Polygonscannern wird im Vergleich zu bisher eingesetzten Galvanoscannern eine 10- bis 20-fach schnellere Bearbeitung möglich.
Mit innovativen Technologien im Bereich der Laserstrukturierung und ihren neuen Laseranlagenkonzepten möchten die Forschenden drei zentrale Ziele ermöglichen: höhere Auflösungen für kleinere Leiterbahnen, größere Bearbeitungsfelder für wachsende Waferformate und eine schnellere Strahlablenkung für kürzere Prozesszeiten. (av)
