Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Laser macht Solarenergie effizienter

23.11.2009
Laser trifft Solarzelle: Die einen Lichtstrahlen sorgen in der Fertigung dafür, dass die anderen wirtschaftlicher genutzt werden können. Mit seiner Möglichkeit, haarfeine Leiterbahnen, hauchdünne Schichten und mikrometergenaue Bohrungen zu erzeugen, hat sich der Laser als Werkzeug mittlerweile zu einer Schlüsseltechnik in der Photovoltaikindustrie entwickelt.

Sie bohren, trennen, strukturieren und löten — Laser erfüllen in der Fertigung von Solarzellen und -modulen vielfältige Aufgaben. Damit sind sie auch dort zu einer Schlüsseltechnik geworden, um die Herstellkosten zu reduzieren und den Wirkungsgrad zu steigern.

Laser-Forschungsprojekte für die Solarindustrie

Die Erreichung dieser beiden Ziele verfolgt auch das vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT koordinierte Forschungs- und Entwicklungsprojekt Solasys (Next Generation Solar Cell and Module Laser Processing Systems). Das von der Europäischen Union mit 6 Mio. Euro geförderte Projekt startete am 1. September 2008 und läuft 36 Monate.

Ein Konsortium bestehend aus zehn Unternehmen und Instituten ist an Solasys beteiligt. „Wir arbeiten an neuen Verfahren, die das Dotieren der Halbleiter, das Bohren und die Oberflächenstrukturierung von Silizium sowie das Verlöten der Module wirtschaftlicher machen“, erklärt Projekt-Koordinator Dr. Arnold Gillner, Leiter der Abteilung Mikrotechnik am ILT. Erreicht werden sollen so Prozesszeiten von einer Sekunde pro Zelle.

Laser bietet zahlreiche Vorteile

Der Laser bietet als Werkzeug für die Materialbearbeitung zahlreiche Vorteile wie die Berührungslosigkeit der Bearbeitung, den kontrollierten Energieeintrag, die hohe Geschwindigkeit und die Genauigkeit. Das Verbundprojekt Solasys zielt auf die Verbesserung aktueller Verfahren und die Integration neuer Prozesse in die industrielle Produktion ab. Dabei geht es konkret um fünf Prozesse:

-Hochgeschwindigkeitsbohren von mikroskopisch kleinen Durchführungen,

-Entfernen von dünnen Beschichtungen ohne Beschädigung des Substrats,

-Laserlöten der Zellverbindungen,

-Laserisolation von Vorder- und Rückseite sowie

-laserselektives Dotieren.

Das Laserbohren ermöglicht beispielsweise einen Wirkungsgrad von etwa 20% bei sogenannten Emitter-wrap-through-Zellen, ein Drittel mehr als bei klassischen Siliziumzellen. Bei diesem Konzept werden die metallischen Kontakte der Zellenvorderseite durch Bohrungen mit dem Durchmesser eines menschlichen Haares auf die Rückseite geführt.

Damit wird das Ziel verfolgt, die Abschattung durch die Kontakte auf der Vorderseite zu verringern und die Effizienz der Zellen zu erhöhen. Zudem vereinfacht sich die Zellkontaktierung, weil die beiden elektrischen Pole auf der Rückseite liegen.

Je schneller die Löcher gebohrt werden können, desto besser. Eine Versuchsanlage beim ILT schafft bereits 3000 Bohrungen pro Sekunde. Sie hat eine Spiegelkonstruktion, die den Laserstrahl auf die gewünschten Punkte fokussiert, ohne dass die Lichtquelle bewegt werden muss. „Wir experimentieren mit unterschiedlichen Laserquellen und Optiken“, berichtet Gillner. „Unser Ziel ist es, die Leistung auf 10000 bis 20000 Löcher pro Sekunde zu steigern.“

Thermische Belastung der Zellen reduzieren

Für die Verbindung mehrerer Zellen zu einem Modul kommt das Laserlöten zum Einsatz. Die Solarzellen werden hintereinandergereiht und durch kleine metallische Bändchen zum sogenannten Stringer miteinander verbunden. Das Lötzinn, in das das Bändchen gehüllt ist, wird aufgeschmolzen, indem man mit dem Laserstrahl über das vorverzinnte Bändchen scannt.

Eine Infrarot-Wärmekamera misst die Temperatur des Siliziums und des Bändchens in Echtzeit über die abgegebene Wärmestrahlung. Ist die Temperatur zu hoch oder zu niedrig, passt ein Regelkreis die Leistung des Lasers innerhalb einiger Millisekunden automatisch an. So wird laut ILT die thermische Belastung der Zelle reduziert und eine hohe Qualität der Lötstelle gewährleistet.

Laserschweißen soll Solarzellen schneller und zuverlässiger verbinden

In Zukunft wollen die Forscher die Solarzellen noch schneller und zuverlässiger miteinander verbinden: mit dem Laserschweißen. „Im Unterschied zum Löten schmilzt man dabei nicht das Lötzinn, sondern das Bändchen selbst an“, sagt Abteilungsleiter Gillner.

Dafür muss es weiter erhitzt werden als beim Löten, aber nur für sehr kurze Zeit. „Daher wird trotz der höheren Temperatur weniger Energie auf die Materialien übertragen und es entstehen noch weniger thermisch bedingte Defekte“, erklärt der Experte.

Reis Robotics hat Anlagen zum Laserlöten realisiert

Bereits einige Anlagen zum Laserstrahllöten realisiert hat Reis Robotics. Mit einem neu entwickelten Laserlötverfahren will das Unternehmen die Qualität weiter steigern, die Zykluszeiten verkürzen und die manuelle Nacharbeit verringern.

Dabei erfolgt durch den konzentrierten Eintrag der Wärme das Verlöten der Quer- mit den Zell-Verbindern direkt auf dem Layup, bestehend aus Glas und EVA-Folie. Ein mehrfaches Handeln der Strings im Vorprozess wird so vermieden.

Als weiteren Vorteil nennt das Unternehmen die integrierte Prozesskontrolle. Sie überwacht die einzelnen Lötungen und mittels Datenübertragung können diese einzeln in einer Datenbank für die spätere Dokumentation und Qualitätskontrolle gesichert werden. Ebenfalls werden Fehllötungen auf einem Monitor am nachgeschalteten Arbeitsplatz direkt angezeigt, so dass ein Werker diese gleich erkennt und dann manuell nachlöten kann.

Laser mit ultrakurzen Pulsen zum Abtragen

Neue Fertigungsverfahren ermöglichen Laser mit ultrakurzen Pulsen, mit denen Material ohne nennenswerte Erwärmung abgetragen werden kann. Die anwendungsorientierten Mikrobearbeitungslaser der Tru-Micro-Baureihe bietet Trumpf mit einer mittleren Leistung zwischen 8 und 750 W und Pulsdauern vom Piko- bis in den Mikrosekundenbereich an.

Ein Applikationsbeispiel ist das Randentschichten. Um Solarmodule vor Korrosion zu schützen, wird das Schichtsystem am Rand auf einer Breite von etwa 1 cm entfernt und in der Regel laminiert.

Der Tru-Micro 7050 kann solche Formate im Produktionstakt zuverlässig und sicher bearbeiten. Er erzeugt Pulse mit einer Dauer von 30 ns bei einer mittleren Leistung von 750 W.

Trumpf sieht Laser als Schlüsseltechnologie für die Solartechnik

Bei Trumpf beurteilt man den Einsatz von Lasern in der Photovoltaikindustrie mittlerweile als eine Schlüsseltechnologie. „Wir rechnen in den nächsten Jahren mit einem dreistelligen Wachstum bei Lasern in der Photovoltaikproduktion“, urteilt Dr. Kurt Mann, Leiter des internationalen Vertriebs für Laserstrahlquellen bei Trumpf Laser.

Das Werkzeug Laser arbeite schnell, präzise, berührungsfrei, energie- und kosteneffizient und trage damit entscheidend zur Senkung der Produktionskosten bei. „Deshalb sind unser Engagement und Portfolio für die Photovoltaikbranche in den letzten Jahren stark gewachsen“, so Mann weiter. „Entsprechend breit ist unser Angebot, mit dem wir die Anstrengungen unterstützen, Solarzellen und Module kostengünstiger und mit höherem Wirkungsgrad für den sich weiter entwickelnden Massenmarkt zu produzieren.“

Rüdiger Kroh | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/verbindungstechnik/articles/239766/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Das Auto lernt vorauszudenken
28.06.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Stresstest über den Wolken
21.06.2017 | Hochschule Osnabrück

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten