(openPR) TRUMPF Laser und Hüttinger Generatoren erweitern die Möglichkeiten in der Solarzellenproduktion
Ditzingen, 15. September 2009 - Kosteneffiziente Produktionsprozesse, die Solarzellen mit einem hohen Wirkungsgrad erzeugen: Dies sind Anforderungen, die Laser sowie Generatoren für die Beschichtung in der Herstellung von Solarzellen erfüllen müssen. TRUMPF Laser und HÜTTINGER Elektronik präsentieren auf der 24. European Photovoltaic Solar Energy Conference (EUPVSEC) mit den Mikrobearbeitungslasern der TruMicro Baureihen sowie den Generatoren der TruPlasma Baureihe innovative Produkte, die Solarzellenherstellern und Anlagenbauern neue Möglichkeiten im Produktionsprozess eröffnen.
HÜTTINGER Generatoren für stabile und effiziente Plasmaprozesse
In der Fertigung der Dünnschicht-Solarzellen wird das Trägermaterial aus Glas, großflächig mit photoaktiven Halbleitern beschichtet. Für diese sehr dünne Beschichtung kommen vor allem zwei Verfahren in Frage – PECVD (plasmaunterstützte Gasphasenabscheidung) und Sputterprozesse. Sputtern erweist sich insbesondere zum Auftragen transparenter leitender Oxide (TCO), wie Aluminium-dotiertes Zinkoxid (AZO) oder Indiumzinnoxid (ITO), als vorteilhaft. Speziell für diesen Prozess entwickelte HÜTTINGER die TruPlasma DC Serie 3000. Erhältlich mit Ausgangsleistungen von 2 bis 120 Kilowatt, liefern diese Gleichstromgeneratoren ihre Leistung kontinuierlich mit hoher Zuverlässigkeit in den Prozess. Darüber hinaus verhindert die TruPlasma DC Serie 3000 elektrische Überschläge (Arcs) durch ein am Markt einzigartiges Arc-Management: DetectLine und CompensateLine realisieren schnelle Reaktionszeiten bei einer äußerst niedrigen Restenergie. Das Resultat ist eine ausgezeichnete Schichtqualität und sehr gute Abscheideraten selbst bei hohen Arc-Raten. Die TruPlasma DC Serie 3000 ist daher optimal für Beschichtungsprozesse in der Solarindustrie geeignet, in denen Zuverlässigkeit und Durchsatzleistung gefordert werden.
PECVD-Prozesse setzen Solarhersteller insbesondere zum Auftragen siliziumbasierter Schichten ein. Für dieses Verfahren ist der TruPlasma RF 1003 bestens geeignet, den HÜTTINGER im Juli 2009 erstmals der Öffentlichkeit präsentierte. Auch Sputtering- und Ätzprozesse versorgt er mit der notwendigen Prozessenergie. Der TruPlasma RF 1003 erzeugt bei einer Frequenz von 13,56 Megaherz Leistungen im Bereich von einem bis 3000 Watt. Das Besondere an ihm: Bei der Erzeugung von Hochfrequenzstrom setzt er neue Maßstäbe in Sachen Energieeffizienz und Robustheit. Dadurch lassen sich sehr kontinuierliche und stabile Prozesse bei reduzierten Kosten realisieren.
Möglich wird dies dank mehrerer patentierter Technologien. Der Generator verfügt über eine am Markt einzigartige Hochfrequenz-Combiner-Technik: CombineLine liefert eine echte 50 Ohm Ausgangsimpedanz. Durch sie kann der Generator bei Fehlanpassungen kritische, reflektierte Leistungen absorbieren, ohne dass er hierbei gefährdet wird. CombineLine gewährleistet somit eine hohe Plasmastabilität. Darüber hinaus stellt diese Technologie sicher, dass der Generator die Leistung zuverlässig und genau über einen sehr breiten Impedanzbereich liefert. Das Ergebnis sind stabile Prozesse über alle Leistungsbereiche. Ein neues Verfahren zur Leistungsregelung öffnet dem Anwender zudem eine bisher unerreichte Bandbreite an Ausgangsleistungen von einem Watt bis 3 Kilowatt bei gleichbleibender Genauigkeit. Die Beschichtungs- und Ätzprozesse werden exakt mit der jeweils notwendigen Prozessenergie versorgt. So kann der Anwender die Prozesse auch bei kleinen Leistungen effizient steuern und hohe Wiederholungsgenauigkeiten realisieren.
Ein weiteres Novum ist die integrierte Konvertertopologie, die einen am Markt unübertroffenen Wirkungsgrad von mehr als 80 Prozent ermöglicht. Aufgrund dieser effizienten Energieumwandlung senkt der TruPlasma RF 1003 deutlich die Energiekosten für den Anwender und steigert die Wirtschaftlichkeit der Produktion.
Mit seinem kompakten Gehäuse in Halb-19 Zoll Technik
(216 mm x 133 mm x 381 mm) ist der TruPlasma RF 1003 ideal für die Anlagenintegration in Plasmabeschichtungstools geeignet. Für den Anschluss an Matchbox und Prozesskammer ist aufgrund der CombineLine Technologie jede beliebige Kabellänge wählbar. Damit ist die Integration denkbar einfach und setzt so weitere Benchmarks für die Wirtschaftlichkeit.
TruMicro Laser von TRUMPF zum Strukturieren, Entschichten und Schneiden von Solarzellen
Der Laser als industrielles Werkzeug ist eine Schlüsseltechnologie in der Photovoltaikindustrie. Konventionelle Herstellungsverfahren werden zunehmend durch den Laser verdrängt, neue Lasertechnologien – unter anderen mit ultrakurzen Pulsen – ermöglichen neue Fertigungsverfahren. TRUMPF bietet anwendungsorientierte Mikrobearbeitungslaser aus der TruMicro Baureihe mit einer mittleren Leistung zwischen 8 und 750 Watt mit Pulsdauern vom Piko- bis in den Mikrosekundenbereich.
In der Produktion von Solarmodulen aus amorphen Silizium (aSi) oder Cadmiumtellurid (CdTe) werden leitfähige und photoaktive Beschichtungen großflächig auf ein Substrat, beispielsweise Glas, aufgebracht. Nach jeder Beschichtung unterteilt der Laser die Fläche so, dass die erzeugten Zellen automatisch durch die Prozessreihenfolge in Serie verschaltet werden. Damit können Zell- und Modulspannungen, abhängig von der Zellbreite, eingestellt werden. Die präzise, selektive und kontaktfreie Laserbearbeitung ist in Produktionslinien prozesssicher integrierbar. Die Bearbeitung des TCO erfolgt in der Regel mit Lasern infraroter Wellenlänge und einem vergleichsweise hohen Puls-zu-Puls-Überlapp. Bei typischen Vorschubraten ergeben sich Wiederholraten von über 100 Kilohertz. Ein hoher Überlapp gewährleistet eine saubere Reinigung der Spur. Kleine, kompakte Geräte wie Laser der TruMicro Serie 3000 von TRUMPF sind ideal zum Patterning, da sie nicht nur sehr gute Prozessergebnisse liefern, sondern auch Kabelschlepp-tauglich sind und direkt in Anlagen integriert werden können.
Die Produktion von CI(G)S-Modulen und -Zellen stellt wegen der verwendeten Materialien hohe Anforderungen an Laserprozesse. Dient Glas als Trägersubstrat, wird beim ersten Patterning der Werkstoff Molybdän bearbeitet. Molybdän besitzt einen hohen Siedepunkt, eine gute Wärmeleitung und eine hohe Wärmekapazität, was bei Eintrag von Wärme in die Molybdänschicht zu Rissen und Delamination führt. Da diese Schwachstellen in der Bearbeitung mit Nanosekunden-Laserpulsen nicht zu vermeiden sind, ist der Einsatz dieser Laser im Bearbeitungsergebnis mit Qualitätsverlusten verbunden. Beim zweiten und dritten Strukturierungsschritt führt ein Wärmeeintrag in das photoaktive Material (CIGS) durch „lange“ Laserpulse zu Kurzschlüssen an der Grenzfläche, da der Halbleiter durch die Verdampfung des Selens zu einer Legierung wird. Eine Lösung bieten hier neue Pikosekunden-Laser von TRUMPF. Durch ultrakurze Pulse wird das Material abgetragen, ohne dass die Randzone des Prozesses nennenswert erwärmt wird. TRUMPF bietet leistungsstarke Pikosekunden-Laser der TruMicro Serie 5000 mit Wellenlängen von 1030 Nanometern für die Strukturierung des Molybdäns sowie 515 Nanometern für die Bearbeitung des photoaktiven Materials und das dritte Patterning an.
Um Solarmodule vor Korrosion zu schützen, wird das Schichtsystem am Rand auf einer Breite von etwa einem Zentimeter entfernt und in der Regel laminiert. Werkzeug der Wahl bei dieser Applikationen ist der TruMicro 7050, der derart große Formate im Produktionstakt zuverlässig und sicher bearbeiten kann. Er erzeugt Pulse mit einer Dauer von 30 Nanosekunden bei einer mittleren Leistung von 750 Watt.
Da bei ?-/u-Silizium und bei CdTe-Modulen die Tendenz zu transparenter werdenden leitfähigen Frontkontakten geht, kann eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit auch in Zukunft nur bei hoher mittlerer Leistung des Lasers erzielt werden. TRUMPF setzt auch hier auf seinen fasergeführten Laser TruMicro 7050. Die quadratische oder runde Faser dieses Lasers homogenisiert die Leistungsdichte auf dem Werkstück und bietet somit ein großes Prozessfenster. In der Produktion von Solarzellen wird die gute Strahlqualität des TruMicro 7050 auch dazu genutzt, um in Verbindung mit hohen Wiederholraten produktive Bohr- und Schneidprozesse zu realisieren.
