Laserbehandlingsanlæg til store wafer-formater kombinerer høj gennemstrømning og præcision.
Hver dag produceres der adskillige millioner siliciumwafer globalt til solcelleindustrien, og efterspørgslen stiger kraftigt. Samtidig skifter industrien i stigende grad til store wafer-formater med en kantlængde på op til 210 mm. At behandle disse wafer-formater for at producere solceller i storformat med mindst samme kvalitet og cyklushastighed som konventionelt dimensionerede solceller, præsenterer udstyrsproducenterne for nye udfordringer, især inden for laserbehandling.

For at sikre, at dette behandlingstrin ikke bliver en flaskehals i fremtiden, har et forskningsteam ved Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems ISE udviklet et nyt systemkoncept med industrielle partnere, der bygger på den smarte kombination af On-the-Fly-behandling med ultrahurtig skanningsteknologi og lasere, high-end-optik og sensorteknologi. Efter den vellykkede demonstration af det første systemprototype i 2022, der opnåede en effektiv gennemstrømning på over 15.000 wafer per time, er en anden prototype, der bruger UV-lys til at skabe særlig små strukturer, nu i brug hos Fraunhofer ISE.

"Den særlige udformning af demonstratoren tillader, at meget fine strukturer skabes på store arbejdsstykker ved en meget høj cyklushastighed," siger Dr. Jale Schneider, projektleder hos Fraunhofer ISE. "Et stort synsfelt, hurtig behandling og fine strukturer: Inden for laserbearbejdning af materiale er ideen fast forankret, at kun to af disse tre egenskaber er mulige at opnå samtidig. Med dette nye system kunne vi opfylde alle tre krav samtidig."

Demonstratorsystemet behandler wafer-formater op til M12 (210 x 210 millimeter) og skaber strukturer på mindre end 15 mikrometer i størrelse, en reduktion på 30 procent i forhold til strukturerne, der realiseres i aktuelle systemer baseret på UV-bølgelængder. Sammenlignet med de mere almindeligt anvendte systemer baseret på IR-bølgelængder er størrelsen af de skabte strukturer tre gange mindre. Små størrelser har fordele. I tilfælde af laserablaterede kontaktåbninger fører den reducerede bredde af åbningen til smallere ledningsbaner, hvilket drastisk reducerer mængden af materiale, der kræves til metalbelægning.

For at bygge prototypen konstruerede MOEWE Optical Solutions GmbH en ultrahurtig polygonscanner til UV-bølgelængder med en linjefrekvens på op til 1800 linjer pr. sekund. "Brugen af polygonscannere tillader, at wafer behandles 10 til 20 gange hurtigere end med konventionelle galvanometerscannere," siger Dr. Florian Rößler fra MOEWE Optical Solutions.

EdgeWave GmbH har udviklet en UV-laser, der muliggør en høj gentagelsesfrekvens på op til 10 megahertz med en maksimal pulsenenergi på 5,6 mikrojoule og fuldstændig vilkårlige pulsequencer. "Realiseringen af en pulje-efter-behov-funktion er udfordrende, men afgørende for de voksende krav inden for laserbearbejdning af materialer," tilføjer Dr. Keming Du fra EdgeWave GmbH. For at udnytte potentialet fra den ultrahurtige scanner og laser integrerede Fraunhofer ISE dem med high-end-optik, en lineær scene og stråleføring for at skabe et komplet system. Opsætningen bruges i øjeblikket til at teste nye procesregimer og bestemme stigningen i gennemstrømningen. Yderligere udviklingsemner omhandler synkronisering og absolut nøjagtighed af systemkomponenterne. Begge disse aspekter spiller en kritisk rolle ved så høje hastigheder og små strukturer.

Overvejer du Solenergi?
KlimaEnergi leverer solcelleløsninger og serviceydelser til alle, der har et ønske om grøn energi og sund økonomi og er i dag en af Danmarks førende udbydere af komplette solcelleanlæg til private og til erhverv.

For rådgivning eller spørgsmål, kontakt os på:

tlf. +45 75 76 17 00, eller skriv på post@klimaenergi.dk