Fraunhofer ISE entwickelt neue Anlage für schnelle Laserbearbeitung großer Wafer

Die Wafer werden größer und größter: Der neuesten ITRPV-Roadmap für Photovoltaik zufolge haben mehr als die Hälfte der in diesem Jahr produzierten Wafer eine Kantenlänge von mehr als 180 Millimetern. Für die Hersteller bedeutet das mit Blick auf die Laserbearbeitung der Wafer eine Herausforderung. Denn bei der Produktion von PERC-Zellen werden mit Laserpulsen lokal dünne isolierende Schichten für die elektrische Kontaktierung geöffnet. Eine größere Bearbeitungsfläche bedeutet dort entweder eine stark verringerte Verfahrgeschwindigkeit des Laserstrahls oder aber größere Strukturgrößen. Das führt entweder zu einem Durchsatz- oder einem Qualitätsverlust.

Forscher des Fraunhofer ISE haben nun eine neue Anlage für die Laserbearbeitung von Wafern mit bis zu 210 Millimeter Kantenlänge entwickelt, die diese Probleme lösen soll. So prozessiert sie die Wafer kontinuierlich, während sie sich auf einem Band mit hoher Geschwindigkeit unter dem Laserscanner hindurchbewegen. Damit könnten auch groflächige Waferformate wie  M12 oder G12 mit hohem Durchsatz und kleinen Strukturgrößen umgesetzt werden. Dem Fraunhofer-Institut zufolge ist die Anlage in der Lage, für große Solarzellen eine halbe Million Kontaktöffnungen pro Sekunde herstellen, mit einem effektiven Durchsatz von über 15.000 Wafern pro Stunde.

Ermöglicht werde dies durch den Einsatz der „Polygon-Scan“-Technologie des Projektpartners Moewe Optical Solutions, bei der ein schnelldrehendes Spiegelrad den Laserstrahl mit mehr als 3000 Kilometern pro Stunde über die Probe bewegt. Dies ist etwa 20-mal schneller als es heute gebräuchliche Galvanometer-Scanner leisten. „Um das Potenzial der ultraschnellen Scanner und Laser zu erschließen, haben wir eigens für die Anlage eine Sensorik entwickelt, die trotz der Hochgeschwindigkeit die geforderte Positioniergenauigkeit ermöglicht“, sagt Fabian Meyer, Teamleiter für Laseranlagenentwicklung am Fraunhofer ISE. Mit 15.000 Solarwafern pro Stunde liege der Durchsatz der neuen Anlage deutlich über dem Industriestandard von derzeit 7000 pro Stunde. Darüber hinaus wies sein Team nach, dass mit der Demonstrator-Anlage bearbeitete PERC-Solarzellen den gleichen hohen Wirkungsgrad aufweisen wie nach aktuellem Industriestandard hergestellte Zellen.

Wegen der niedrigen laufenden Kosten der Laserprozessierung erwarten die Forscher deutliche Kostenvorteile ihrer Hochdurchsatz-Technologie. „Die Ergebnisse des Forschungsteams leisten deshalb einen wichtigen Beitrag zur Produktivitätssteigerung und Kostenreduktion in der Solarzellenherstellung“, sagt Ralf Preu, Bereichsleiter Photovoltaik-Produktionstechnologie am Fraunhofer ISE. „Das demonstrierte Anlagenkonzept ist wegweisend für die Strukturierungsprozesse in der Photovoltaik-Produktionskette.