Photovoltaik: Präzision und Durchsatz in der Produktion

Haarfeine Leiterbahnen, hauchdünne Schichten, mikrometergenaue Bohrungen: Der Erfolg der Solarenergie entscheidet sich an Winzigkeiten. Laser sind ein technologische Schlüssel zu hoher Präzision, hohem Durchsatz und neuen Konzepten.

Randentschichten von Dünnschichtsolarmodulen mit dem TruMicro 7050.
Randentschichten von Dünnschichtsolarmodulen mit dem TruMicro 7050.

In der Produktion von Dünnschichtsolarmodulen werden leitfähige und photoaktive Beschichtungen aufgebracht. Nach jeder Beschichtung wir die Fläche strukturiert. Dadurch entstehen die einzelnen Zellen und deren Verschaltung als Modul. Die Strukturierung mit Laser unterteilt Dünnschichtsolarmodule präzise, selektiv und kontaktfrei und ist prozesssicher bei kurzen Bearbeitungszeiten.

Beim Randentschichten werden die Randbereiche des Schichtsystems abgetragen, um die Laminierung mit einem zweiten Glassubstrat vorzubereiten. Dabei erreichen fasergeführte Laser mit mittleren Leistungen größer 500 W höchste Abtragraten von bis zu 50 Quadratzentimetern pro Sekunde. Diese Abtragsraten ermöglichen den wirtschaftlichen Lasereinsatz auch bei großen Flächen und kurzen Taktzeiten.

Laserkantenisolation an einer polykristalline Solarzelle.
Laserkantenisolation an einer polykristalline Solarzelle.

Bei kristallinen Solarzellen werden zunehmend Laser eingesetzt, da sie eine schnelle Bearbeitung ermöglichen und sich gut in Produktionslinien integrieren lassen. So wird die Laserkantenisolation in vielfach in der Produktion der Zellen eingesetzt. Durch die umlaufende Dotierung entstehen bei der Produktion automatisch Kurzschlüsse an der Vorder- und Rückseite. Bei der Laserkantenisolation erzeugt der Laser mit Geschwindigkeiten von mehr als 700 Millimetern pro Sekunde eine Trennlinie, die den Kurzschluss sicher beseitigt.

Bohrungen in polykristallinem Silizium  für die Rückseitenkontaktierung.
Bohrungen in polykristallinem Silizium für die Rückseitenkontaktierung.

Die Laserbearbeitung ermöglicht Solarzellen mit höherem Leistungsgrad, zum Beispiel in Rückseiten-Kontakt-Konzepten. Laser arbeiten berührungslos und lassen sich somit schnell positionieren und erzeugen keine mechanische Belastung. Diese Eigenschaften ermöglichen tausende Bohrungen pro Sekunde, um Zuführungslöcher für  Kontakte auf der Rückseite zu erzeugen. Die Bohrungen bedecken nur wenige Prozent der Fläche und steigern somit die Effizienz.

Der Laser ermöglicht die gezielte Kontaktierung auf der Rückseite der Solarzelle. Dazu bietet er zwei schnelle Alternativen: Entweder werde die Kontakte mit dem Laser  durch ein Schichtsystem auf den Wafer "geschossen", sogenannte Laser Fired Contacts. Oder es werden  Passivierungsschichten aus SiO oder SiN selektiv abgetragen, ohne das Silizium zu schädigen. Im Anschluss wird die Rückseite großflächig, metallisch zu beschichtet. Die Reflektivität der Rückseite wird erhöht und die Leistungsverluste an den Kontaktstellen sind sehr gering.

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