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Produktion hocheffizienter Solarzellen kann doppelt so schnell werden

© Fraunhofer ISE© Fraunhofer ISEFreiburg - Um in Europa wieder eine Solarindustrie etablieren zu können, sind neue Konzepte gefragt. Eine hohe Geschwindigkeit bei der Produktion von Silicium-Solarzellen senkt die Herstellungskosten, kann Lieferengpässe abmildern und ein Wettbewerbsvorteil sein. Forschende zeigen, in welche Richtung es gehen könnte.

Ein Konsortium aus Anlagenbauern, Messtechnikherstellern und Forschungsinstituten hat unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE ein Proof-of-Concept für eine innovative Produktionslinie mit einem Durchsatz von 15 bis 20 Tausend Wafern pro Stunde erarbeitet. Die Verbesserungen zur Leistungssteigerung entfallen auf zahlreiche einzelne Prozessschritte.

Neue Konzepte für die Silicium-Solarzellenproduktion
Damit in Europa wieder eine Solarindustrie entstehen kann, bedarf kann eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ein entscheidender Wettbewerbsvorteil sein. Für die Optimierung des Produktionsprozesses untersuchte das Konsortium die einzelnen Schritte in der Produktion hocheffizienter Silicium-Solarzellen. „Für einige Prozesse ging es darum, in der Produktion etablierte Abläufe zu beschleunigen, andere Prozesse haben wir komplett neu entwickelt«, erklärt Dr. Florian Clement, Projektleiter am Fraunhofer ISE. »Verglichen mit aktuell üblichen Werten sind als Resultat die Durchsätze der im Projekt entwickelten Produktions-Anlagen mindestens doppelt so hoch.“
So setzten die Forscherinnen und Forscher unter anderem ein neues on-the-fly Anlagenkonzept für die Laserbearbeitung um, das die Wafer kontinuierlich prozessiert, während sie sich auf einem Band mit hoher Geschwindigkeit unter dem Laserscanner hindurchbewegen. Für die Metallisierung der Solarzellen nutzte das Konsortium ein Verfahren mit Rotationssiebdruck anstelle des aktuellen Standardverfahrens mit Flachbett-Siebdruck.

Wafer werden gestapelt – Durchsatz erhöht sich um Faktor 2,4
Solarzellen benötigen unterschiedlich dotierte Bereiche, zum Beispiel für den Übergang zwischen Siliciumschicht und den Metallkontakten. Die Forschenden des Fraunhofer ISE kombinierten die hierfür durchgeführte Diffusion, sowie die thermische Oxidation der Wafer in einem Prozessschritt. Dafür werden die Wafer nicht mehr einzeln aufgestellt, sondern aufeinander gestapelt in Stacks im Ofen prozessiert. Der thermische Oxidationsprozess sorgt so gleichzeitig für die Entstehung des endgültigen Dotierungsprofils wie auch für die Oberflächenpassivierung. Damit steigt der Durchsatz des Verfahrens um den Faktor 2,4, so das ISE.

Dreimal schnellere Bandgeschwindigkeit im Ofen
Nach dem Druck der Elektroden auf die Solarzelle wird der Kontakt der Elektroden zur Silizium-Solarzelle in Inline-Öfen beidseitig ausgebildet. Das Projekt-Konsortium installierte eine dreimal schnellere Bandgeschwindigkeit im Ofen und verglich die Qualität der so gefeuerten Solarzellen mit dem heutigen Standard. Die Durchsätze konnten so deutlich gesteigert werden – bei gleichbleibender Effizienz der Solarzellen.
Produktionskontrolle: Höhere Testgeschwindigkeit - Patentanmeldung
Für die abschließende Charakterisierung der fertigen Solarzellen entwickelte das Konsortium zwei Konzepte. Um die Zellen in zukünftigen Produktionslinien schneller testen zu können, kommen eine kontaktlose und eine Methode mit gleitenden Kontakten zum Einsatz. Dies erlaubt es die Zellen auch beim Vermessen kontinuierlich mit einer Bandgeschwindigkeit von 1,9 Metern pro Sekunde zu transportieren. Das Team konnte eine hohe Messgenauigkeit ihrer Konzepte demonstrieren. Für die kontaktlose Methode wurde ein Patentantrag gestellt.

© IWR, 2022


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27.09.2022

 



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