Mithilfe einer neuen Fertigungsanlagen ist es dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE gelungen, das Herstellungstempo bei Silizium-Solarzellen erheblich zu steigern.

 

Für die Metallisierung von Silizium-Solarzellen sowie vieler anderer elektronischer Bauteile ist aktuell der Flachbett-Siebdruck das Standardverfahren. Forschern des Fraunhofer ISE ist es nun auf einer gemeinsam mit der ASYS Automatisierungssysteme GmbH entwickelten neuen Fertigungsanlage gelungen, den Durchsatz beim Drucken um den Faktor 1,5 zu erhöhen.

Dazu wurde erstmalig der Rotationssiebdruck- und das Flexodruckverfahren eingesetzt. Mit der neuen Anlage realisierte das Forschungsteam eine Taktzeit von nur 0,6 Sekunden pro Solarzelle, wie das Institut mitteilt. Danach kann der neue Prozess auch für den funktionalen Druck im Bereich Wasserstofftechnologie, Sensorik oder Leistungselektronik eingesetzt werden.

„Die Metallisierung per Siebdruck ist verfahrensbedingt auf einen Durchsatz von aktuell circa 0,9 Sekunden pro Solarzelle und Spur begrenzt“, erklärte dazu Dr. Florian Clement, Leiter der Abteilung Produktionstechnologie − Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE. Der Druck sei damit ein Flaschenhals im Produktionsprozess von Silizium-Solarzellen, aber auch im Beschichtungsprozess von Stückgut-Komponenten in vielen anderen Branchen.

Um den Durchsatz bei der Metallisierung weiter steigern zu können, entwickelte ein Projektkonsortium um die ASYS Automatisierungssysteme GmbH und das Fraunhofer ISE deshalb eine Demonstrator-Anlage für die Hochdurchsatz-Metallisierung von Silizium-Solarzellen und anderen elektronischen Bauteilen. Im Rahmen eines „Proof of Concept“ konnte man nun zeigen, dass sich der Durchsatz des Druckprozesses um den Faktor 1,5 erhöhen lässt. „Die Anlage hat das technische Potenzial, den Durchsatz im Vergleich zu Siebdruckanlagen zu verdoppeln“, betonte Dr. Andreas Lorenz, Projektleiter am Fraunhofer ISE.

Die Anlage verfügt auch über ein neu entwickeltes Hochdurchsatz-Transportsystem. Dabei werden die zu beschichtenden Bauteile auf autonomen „Shuttles“ mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durch Druckwerke der Schweizer Maschinenbaufirma "Gallus Ferd. Rüesch AG" (Teil der Heidelberger Druckmaschinen AG) transportiert und mit feinsten Strukturen passgenau beschichtet. Je nach Anforderung können ein Rotationssiebdruckwerk oder ein Flexodruckwerk zugeschaltet werden, weitere Druck- und Beschichtungsverfahren wie Multi-Nozzle-Dispensing und Tiefdruck sind aufgrund der modularen Bauweise ebenfalls integrierbar.

Die möglichen Anwendungsgebiete der neuen Anlage gehen dabei weit über die Metallisierung von Siliziumsolarzellen hinaus, wie die Forscher bekunden. Während die überwältigende Mehrheit der Druck- und Beschichtungsanlagen im Markt nach dem Prinzip „Rund-zu-Rund“ arbeitet und damit auf bahnförmige Substrate beschränkt ist, adressiert diese Anlage die Hochdurchsatz-Beschichtung von Stückgut-Komponenten wie Solarzellen, Leiterplatten, Chipkarten und viele weitere Bauteile.

Verfahren und Anlage wurden in den Forschungsprojekten „Rock-Star“ und „Rock-IT“ entwickelt und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klima (BMWK) gefördert.