Photovoltaik 24.11.2006, 19:25 Uhr

Produktionstechnik ist offen für die ungewisse Zukunft  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 24. 11. 06, ciu – Automatisierte Prozesstechnik hält zunehmend Einzug in neue Fertigungsabläufe der Medizintechnik und Photovoltaik. Beim Anlagenhersteller Teamtechnik in Freiberg am Neckar hat man sich darauf eingestellt. Aktuelles Beispiel ist hier eine Produktionsanlage der elektrischen Verbindungstechnik für künftige Bauformen von waferbasierten Solarzellen.

„Die Weiterentwicklung und Verbesserung photovoltaisch arbeitender Solarzellen unterliegt einer enormen Dynamik“, betonte Reinisch. Der Trend gehe hin zu immer dünneren Zellen, Rückseitenkontaktierung und neuen Formaten, bei gleichzeitig steigenden Wirkungsgraden. Für die Anlagentechnik bedeute das, dass statt den bisher üblichen Zelltechniken neue Aufbauten und Dotierungen der heutigen p-n-Schichten zum Einsatz kommen, großflächiges Sägen von Wafern durch z. B. Kristallziehverfahren ersetzt wird sowie weitere neue Zelldesigns entstehen. Neben diesen aktuellen Wegen befinden sich weiterführende Gedanken derzeit in der Entwicklung. Diese haben zum Teil gravierende Auswirkungen auf die Anlagentechnik.

Üblicherweise werden bisher schichtweise aufgebaute Pakete, bestehend aus einzelnen Zellen und Metallbändchen oder speziellen elektrischen Verbindern, durch Weichlöten zu Solarzellenverbünden (Strings) kontaktiert. Bei der von Teamtechnik entwickelten Maschinenplattform werden nun die die Teilprozesse der Sandwichbildung von der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT) getrennt, um deren gegenseitige Abhängigkeit zu reduzieren.

Reinisch dazu: „Die wirtschaftliche Herstellung erfordert es, die elektrische Verbindungen auf einem hohen Qualitätsniveau, hoch automatisiert und mit hohem Durchsatz zu erzeugen. Jedoch ohne den Nachteil einer starren, zeit- und kostenaufwendig zu verändernden Spezialmaschine.“

Dafür entwickelte das Team um Hubert Reinisch ein automatisiertes Fixierungskonzept für Zellen und Verbinder, welches sowohl eine hohe Ausbringung erlaubt als auch die gewünschte Trennung der Teilarbeitsschritte. „Spaltmaße zwischen Zellen oder verschiedene Stringlängen sind dabei im Wesentlichen per Software flexibel veränderbar“, so der Entwicklungsleiter. Zudem erfolge der Rücklauf der Niederhalter parallel zur AVT-Hauptzeit, ohne die Produktivität einzuschränken. Die Niederhalter – die auch als Sandwichbildner bezeichnet werden – sind beim Rücklauf in der Maschine frei zugänglich. „Sie können daher parallel zur AVT-Hauptzeit begutachtet, kontrolliert, gereinigt oder ausgetauscht werden“, beschrieb der Entwicklungsleiter eine weitere konstruktive Besonderheit.

Für den Verbindungsprozess und den weiteren Transport der Solarzellen wurde berücksichtigt, dass die thermische und mechanische Belastung gering gehalten wird, damit auch dünnes Zellmaterial (< 180 µm) bearbeitet werden kann. Der Zellentransport kann die Wafer großflächig aufnehmen, damit neben den Zellen mit frontseitigen Kontakten auch Zellen mit rückseitigen Kontakten prozesssicher durch die Anlage laufen.

Zum Löten stehen unterschiedliche Prozesseinheiten zur Verfügung, in denen mechanische, optische, elektronische sowie softwaretechnische Funktionen vereint sind. Steuerungssystem und Programmierumgebung für die Steuerungsprogrammierung sind PC-basiert. Dazu erklärte Reinisch: „Durch den hohen Konfigurationsanteil, der in der Software realisiert wurde, lässt sich die Anlage flexibel an die künftigen Aufgaben anpassen.“

Neben Verfahren wie Induktions- und Heißgaslöten kann das Laserlöten auf Basis eines Diodenlasers materialschonend eingesetzt werden. „Der Laserstrahl hat auch den Vorteil, die Energie fein dosierbar bereitzustellen und sowohl zeitlich als auch räumlich nur auf die gewünschten Bereiche aufzubringen und nicht großflächig auf Zellbereiche, Maschinenteile und sonstige Einrichtungen, die eigentlich nicht erwärmt werden sollten“, betonte Reinisch.

Obwohl es sich bei der Photovoltaik und ihren grundlegenden Produktionsverfahren um eine relativ junge Technik handelt, zeigt sich der Entwicklungsleiter optimistisch: „Mit der vorgestellten Entwicklung soll ein Beitrag geleistet werden, Einsatz und Verbreitung der photovoltaischen Stromgewinnung zu erhöhen. Die so erzeugte Energie kann dezentral in Netze eingespeist oder zukünftig durch Erzeugung von Wasserstoff zwischengespeichert werden.“ MARTIN CIUPEK

Von Martin Ciupek
Von Martin Ciupek

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