Neues Testverfahren für Photovoltaik-Wafer entwickelt

Die Norm DIN SPEC 91351:2017-04 »Strength Testing für Photovoltaic Wafers« ermöglicht eine vereinheitlichte Festigkeitsprüfung von 120 bis 220 Mikrometer dünnen Photovoltaik-Wafern. Darin enthalten ist ein standardisierter Biegeversuch, der zeigt, bei welcher Krafteinwirkung ein Wafer aus kristallinem Silizium bricht. Die Arbeitsgruppe für die DIN SPEC am Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP hat nun in Zusammenarbeit mit der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur (HTWK) Leipzig haben nun ein neues Biegeverfahren entwickelt, um das Verformungsverhalten zu testen.

»Bisher musste das Verformungsverhalten der Wafer stets aufwendig simuliert werden. Das liegt dran, dass Wafer sich unter Last nichtlinear verformen. Durch Umrechnungstabellen in der DIN SPEC kann nun jeder auch ohne Simulationsmodelle die Festigkeit von Siliziumwafern zuverlässig auswerten«, sagt Felix Kaule, der die Arbeitsgruppe am Fraunhofer CSP leitet. Bereits seit vielen Jahren arbeiten die beiden Forschungseinrichtungen nach eigenen Angaben im Bereich der Mechanik und Finite-Elemente-Simulation zusammen. Dabei seien neue Erkenntnisse zu den theoretischen und werkstoffmechanischen Zusammenhängen für spröde Materialien sowie zur Festigkeitsmessung spröder Siliziumwafer gewonnen worden.

»Es freut mich sehr, dass die Erfahrungen aus unserer intensiven Kooperation und viele tausend gebrochene Wafer nun eine Standard-Spezifikation ermöglichen“, ergänzt Stephan Schönfelder von der HTWK Leipzig. Für die Nutzer des Standards würden komplexe nicht-lineare Probleme in Schautafeln und Tabellen zur Verfügung gestellt. Dies erleichtere die Kommunikation über die Wertschöpfungskette hinweg in der Solarzellenproduktion erheblich, so die Wissenschaftler. Die Prüfung sei nötig, weil das spröde Material sehr bruchempfindlich sei und daher im Produktionsprozess keinen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden dürfe. Die DIN SPEC definiert den Forschern zufolge, wie dieser Biegeversuch aufgebaut, durchgeführt und ausgewertet werden muss und ist damit international die erste Standard-Spezifikation in diesem Bereich.