Vor allem Laser eröffnen in der Fertigung ganz neue Möglichkeiten. »Die Lasertechnik ermöglicht kontaktloses, präzises und schnelles Bearbeiten«, erklärt Dr. Malte Schulz-Ruhtenberg vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen den Hauptvorteil. So lassen sich bessere Solarzellen kostengünstiger produzieren. Ein Beispiel ist das Hochrate-Laser-Bohren, welches sehr präzise und schnell kleine Löcher in Solarzellen erzeugt. Wozu man das braucht? Eine klassische Solarzelle erzeugt Strom durch den photoelektrischen Effekt. Sie besteht aus mehreren leitenden und halbleitenden Schichten. Fällt Licht auf die Zelle, werden negative Ladungsträger aus ihrer Bindung gelöst und es fließt elektrischer Strom. Bisher befinden sich auf Vorder- und Rückseite der Zelle die Kontakte, um den so erzeugten Strom abzutransportieren. Wenn alle Kontakte an der Rückseite verlegt werden können, wo sie keine Schatten werfen, steigt der Energiegewinn. Die Löcher schaffen die Voraussetzungen für diesen Ansatz, der als »Emitter-Wrap-Through«, kurz EWT, bezeichnet wird. Um noch höhere Geschwindigkeiten und damit höheren Durchsatz zu erzielen, können spezielle Polygon-Scanner eingesetzt werden.
Neben der Geschwindigkeit spielt auch die schonende Arbeitsweise der Laser eine große Rolle in der Solartechnik, denn die Zellen und Wafer, also die Grundelemente einer Zelle, sind empfindlich. Laserstrahlen sind aber so fein dosier- und kontrollierbar, dass die Zellen kaum belastet werden. Deshalb nutzten die Fraunhofer-Forscher sie für fast alles: um zu bohren, zu schmelzen, zu schneiden oder auch zu löten. Zum Beispiel werden Ultrakurzpuls-Laser eingesetzt um Vorder- und Rückseite einer Solarzelle voneinander zu isolieren. Sie arbeiten schonender als andere Methoden und das ist wichtig, denn ein großer Anteil der Kosten geht auf Schäden und Bruch in der Produktion zurück.
Schäden verursachen häufig auch die Handhabungsroboter, die in unterschiedlichen Varianten von allen Herstellern eingesetzt werden. Sie sollen möglichst schnell und genau arbeiten, aber ohne die empfindlichen Teile zu beschädigen − das senkt die Kosten. Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart arbeiten Forscher daran, die automatisierte Handhabung von Wafern und Solarzellen zu verbessern. »In unserem Test- und Demonstrationszentrum versuchen wir, die Handhabung und Automatisierung in der Photovoltaik nachzustellen und so zu optimieren«, erklärt Roland Wertz, der Verantwortliche beim IPA. Es dient dabei als Schnittstelle zwischen industrieller Fertigung und Forschungsdienstleistung im Bereich Automatisierungslösungen.So werden unter möglichst realen Bedingungen alle Einflüsse und Parameter registriert, die sich zum Beispiel auf die Genauigkeit und Geschwindigkeit verschiedener Greifsysteme auswirken.
Dabei hilft der Roboter ABB IRP 360, auch FlexPicker genannt, der auch am Fraunhofer-Stand ausgestellt wird. Er wird als Manipulator zusammen mit dem eigentlichen Greifer für Experimente genutzt. So analysieren und bewerten die Wissenschaftler Produkte unterschiedlicher Hersteller und mit verschiedenen Wirkprinzipien. Denn jede konkrete Anwendung hat eigene Anforderungen und verlangt damit nach eigener optimierter Handhabung.
Aber nicht nur in der Produktion wird gespart und optimiert, sondern auch beim Material. Nicht mehr als unbedingt nötig − das ist das Prinzip von Dünnschicht-Solarzellen. Sie bestehen meist aus einem preiswerten Träger, auf den das elektrisch aktive Material als ultradünne Schicht aufgebracht wird. Um Dünnschichtsolarzellen qualitativ hochwertig und dabei kostengünstig herstellen zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig verschiedene Verfahren für jeden einzelnen Produktionsschritt entwickelt. Die Halbleiterschichten, das Herz der Zelle, werden zum Beispiel mit dem Hot-Wire-CVD-Verfahren hergestellt. Solarzellen müssen also nicht mehr so teuer sein. Denn neue Technologien könnten die Solarenergie einen großen Schritt nach vorne bringen.
Quelle: Fraunhofer Institut
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