Geheime Qualität

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Sie haben letzten Herbst publik gemacht, dass Ihre Zellen gegen Hotspots gefeit sind. Wieso ist das wichtig?

Als wir 2006 anfingen, unsere Zellproduktion bezüglich Hotspots zu charakterisieren, waren wir überrascht: Zu dem Zeitpunkt war ein sehr großer Teil der produzierten Zellen davon betroffen. Wir haben die Gefährdung durch Hotspots bei deutlich mehr als zehn Prozent aller produzierten Zellen gefunden. Dabei war das Phänomen in der Industrie nicht weiter bekannt und wurde nicht thematisiert.

Ist das ein Querschnitt über viele Hersteller oder bezieht sich das nur auf Q-Cells-Zellen?

Wir haben damals nur Q-Cells-Zellen untersucht. Stichproben-untersuchungen von Wettbewerberzellen, die wir mittlerweile gelegentlich durchführen, weisen heute noch eine Vielzahl von Hotspots auf. Dieses Phänomen wird in der Industrie meines Wissens bisher immer noch nicht ausgiebig diskutiert, obwohl es entscheidend für die Qualität und Sicherheit von Solarzellen und Modulen ist. Q-Cells hat auf Basis seiner Forschungen ein Detektionssystem entwickelt. In unserem Zelltester haben wir damit jetzt eine 100-Prozent-Kontrolle und messen jede Zelle auf Hotspots.

Warum sind Hotspots so schlimm?

Ein Hotspot entsteht an einem hochohmigen Shunt, also an einer Stelle in der Zelle, an der, wenn auch mit einem großen Widerstand, eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Zellvorder- und Zellrückseite besteht. Die Frage ist: Wann wird dieser elektrische Widerstand tatsächlich zum Problem für das Modul und für das System? Am einfachsten ist das am Fall einer Abschattung zu erklären: Wenn eine Zelle verschattet ist, fließt in Rückwärtsrichtung ein sehr großer Strom über diese Schwachstelle. Dadurch erwärmt sich der Shunt. Er kann so heiß werden, dass die Lamination des Moduls zerstört wird. Bei den heute gängigen Systemspannungen von bis zu 1.000 Volt führt das zu einer massiven Beeinträchtigung der Anlagensicherheit und zu einer Gefährdung von Anlangenbetreibern und Häuslebauern. Denn im Extremfall verschmort die Rückseitenisolation durch die Überhitzung, und angrenzendes Material kann Feuer fangen.

Welche Zellschäden führen unter Umständen zu Hotspots?

In der Produktion kann es verschiedene Fehler geben, die dazu führen. Zum Beispiel kommt es bei der Kantenisolation der Zellen, die in der Industrie standardmäßig mit Lasern oder nasschemisch durchgeführt wird, zu Problemen, wenn man den Prozess nicht gut beherrscht. Ebenso kritisch sind mechanische Beschädigungen, die mit dem Auge oder einer guten Kamera in der Regel nicht zu erkennen sind. Das sind vor allem Beschädigungen, die bei mechanischer Belastung vorkommen, also beim Transport durch unsachgemäße Handhabung. Dabei weiß man nicht, wie die einzelnen Operatoren mit den Scheiben umgehen. Beim automatischen Handling besteht die Gefahr, dass die Handling-Roboter nicht gut eingestellt sind. Bei zu großen Belastungen können Risse entstehen, in die später zum Beispiel beim Siebdruckprozess Paste hineingedrückt wird. Das führt dazu, dass ein hochohmiger Shunt von der Vorder- zur Rückseite entsteht, der zu einem Hotspot führen kann.

Hängt es auch vom Wafermaterial ab, wie hotspotgefährdet Zellen sind?

Ja. In der Produktion wird ein Textur- und Reinigungsprozess für ein Standardmaterial eingestellt. Das ist ein Prozess, bei dem ein Teil der Oberfläche weggeätzt wird, um Oberflächenschäden zu beseitigen und für die Folgeprozesse einen definierten Ausgangszustand herbeizuführen. Wenn dann mit den gleichen Einstellungen ein Material mit anderer Qualität prozessiert wird, verhält sich das bei dem Ätzangriff anders, und das kann die Hotspot-Rate beeinträchtigen. Sinkt die Materialqualität des verwendeten Siliziums unter ein gewisses Qualitätsniveau, kann die Anzahl an Hotspots auch unabhängig vom Textur- und Reinigungsprozess generell zu hoch sein. Solches Material ist aus unserer Sicht für die Solarzellenproduktion ungeeignet und wird daher bei Q-Cells nicht verwendet.

Sie sagen, mit Ihrem Zelltester hätten sie eine 100-Prozent-Kontrolle der Zellen. Meinen Sie damit den Flasher, mit dem Sie am Ende der Produktion die Leistung messen?

Genau.

Was messen Sie jetzt zusätzlich mit dem Flasher, um die Hotspots auszuschließen?

Bitte haben Sie Nachsicht mit mir, dass ich Ihnen das aus Wettbewerbsgründen nicht im Einzelnen erläutern werde. Wichtig ist, dass wir einen Algorithmus entwickelt haben, mit dessen Hilfe Q-Cells-Produkte hotspotfrei sind.

Das heißt, Sie analysieren die Strom-Spannungs-Kennlinie der Zelle mit bestimmten Algorithmen?

Wie in der Branche allgemein üblich, verfügt auch Q-Cells über eine Software, mit der wir die Strom-Spannungs-Kennlinie messen und analysieren, wie der Parellelwiderstand ist. Q-Cells geht aber noch einen Schritt weiter. Wir rüsten die Hardware des Zelltesters zusätzlich nach.

Verraten Sie uns noch mehr über die Art der Hardware-Nachrüstung?

Nur so viel: Es handelt sich um ein direktes, bildgebendes Verfahren, das vorhandene Hotspots beim Testen sichtbar macht.

Sie haben eine Methode entwickelt, von der Sie glauben, dass sie sehr gut ist. Wie haben Sie die sehr gute Fangquote bestimmt?

Es gibt in der IEC 61215 unter dem Punkt 10.9 den Hotspot-Test. Das ist der Standardtest, mit dem man auf Modulebene auf Hotspots testen kann. In diesem Test wird ein Modul fünf Stunden lang einer starken Bestrahlung ausgesetzt, wonach ersichtlich ist, wie sehr sich das Modul erwärmt. Wir sehen, dass unsere Zellen, wenn wir sie mit unserem Zelltester vermessen haben, in den Modulen keine Probleme generieren. Um Ihnen ein Gefühl für die Größenordnung zu geben: In diesem Hotspot-Test misst man üblicherweise Erwärmungen des Moduls deutlich unter 200 Grad. Das heißt, es sind Temperaturen weit unter der Laminationstemperatur, die bei der Modulherstellung erreicht wird. Wenn sich nun in dem Modul eine hotspotbehaftete Zelle befindet, dann kann man lokal um den Hotspot herum Temperaturen von über 400 Grad beobachten. Da diese deutlich über der Laminationstemperatur liegen, führt die Erhitzung zu einer Blasenbildung und, wenn die hohe Temperatur über einen längeren Zeitraum besteht, zur Zerstörung des Laminats. Durch das Aussortieren von betroffenen Zellen sehen wir diese Effekte bei Solarmodulen, die aus Q-Cells-eigenen Zellen bestehen, nicht. Gelegentlich führen wir aber auch Analysen der Produkte von europäischen und asiatischen Wettbewerbern bei uns durch. Im Ergebnis weisen die allermeisten davon nach wie vor mit Hotspots behaftete Zellen auf.

Der Hotspot-Test misst, ob es Shunts gibt, aus denen Hotspots werden. Sie können aber doch nicht 100-prozentig ausschließen, dass es irgendwelche anderen Zellschädigungen gibt, die überhaupt erst noch zu hochohmigen Shunts werden. Ist das richtig?

Ja.

Sehen Sie darin auch noch ein Problem?

Nein, unsere Untersuchungen zeigen, dass die Problematik der Hotspots vor allem auf den Wafer- und Zellherstellungsprozess zurückzuführen ist. Falls es durch unsachgemäße Handhabung der Zellen bei der Weiterverarbeitung zum Modul zu Schädigungen kommt, sieht man das in der Regel durch Leistungsverlust der betroffenen Zellen und Module.

Das Gespräch führte Michael Fuhs.

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