Bisher nicht gekannte Präzision und Geschwindigkeit sind die
herausragenden Merkmale einer neuartigen Hochdurchsatz-Anlage für die
Metallisierung von Silicumsolarzellen sowie andere funktionale
Druckverfahren.
Die Anlage ist in der Lage, hochpräzise
Beschichtungsprozesse im Rotationssiebdruck- und Flexodruckverfahren mit
einer Druckgeschwindigkeit zu realisieren, die im industriellen Maßstab
einem Durchsatz von bis zu 8000 Bauteilen pro Stunde entspricht.
Entwickelt wurde sie von einem Projektkonsortium unter der gemeinsamen
Federführung der Asys Automatisierungssysteme GmbH und dem Fraunhofer
ISE. Neben Solarzellen kann die Anlage funktionale Bauteile z.B. für
Anwendungen im Bereich Wasserstofftechnologie, Sensorik oder
Leistungselektronik beschichten.
Die Evaluierung und Entwicklung von Rotationsverfahren für die Herstellung von Siliciumsolarzellen standen im Fokus des Forschungsprojekts »Rock-Star«.
Seinen erfolgreichen Abschluss fand das Projekt nun mit der
Realisierung einer neuartigen Demonstrator-Anlage für die
Hochdurchsatz-Beschichtung von Siliciumsolarzellen und anderen
elektronischen Bauteilen. Die Anlage verfügt über ein neu entwickeltes
Hochdurchsatz-Transportsystem. Dabei werden die zu beschichtenden
Bauteile, z.B. Siliciumsolarzellen, 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 kann ein Rotationssiebdruckwerk und ein
Flexodruckwerk zugeschaltet werden, weitere Druck- und
Beschichtungsverfahren wie Multi-Nozzle Dispensing und Tiefdruck sind
aufgrund der modularen Bauweise ebenfalls integrierbar.
Das neuartige Transportsystem ist in der Lage, die Bauteile mit einer
Geschwindigkeit von bis zu 600 mm/s zu befördern und mit hoher
Präzision zu bedrucken. Vergleicht man dies mit dem aktuellen Stand der
Technik z.B. bei der Metallisierung von Solarzellen, entspricht dies
einer theoretischen Durchsatzsteigerung um 100% pro Spur. »Die neu
entwickelte Technologie trifft damit zielgenau das Bedürfnis der
Industrie nach innovativen Technologien zur deutlichen Steigerung der
Produktivität« erklärt Dr. Florian Clement, Leiter der Abteilung
Produktionstechnologie – Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer
ISE.
Die möglichen Anwendungsgebiete der neuen Anlage gehen dabei weit
über die Metallisierung von Siliciumsolarzellen hinaus. 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 einer Vielzahl weiterer Bauteile mit
bisher nicht gekannter Präzision und Geschwindigkeit.
Das Projekt »Rock-Star« hatte zum Ziel, den Einsatz des
Rotationsdrucks für die Herstellung von Siliciumsolarzellen zu
evaluieren und entsprechende Verfahren zu entwickeln. Dem Konsortium des
Forschungsprojekts ist es gelungen, einen kostenintensiven
Prozessschritt – die Vorder- und Rückseitenmetallisierung – in der
Siliciumsolarzellenproduktion durch die Entwicklung neuer
Beschichtungsprozesse und Anlagenkonzepte zu revolutionieren. Im Rahmen
des Projekts konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, die Vorder- und
Rückseitenmetallisierung hocheffizienter PERC (passivated emitter and
rear contact) Solarzellen erfolgreich mit dem Rotationssiebdruck- und
Flexodruckverfahren zu realisieren.
»PERC-Solarzellen mit Rotationssiebdruck-Metallisierung erzielten
eine vergleichbare Qualität und elektrische Leistung im Vergleich zu
konventionell im Flachbett-Siebdruck metallisierten Referenzzellen,
ermöglichen jedoch ein signifikantes Kosteneinsparpotenzial aufgrund der
deutlich erhöhten Durchsätze«, erklärt Dr. Andreas Lorenz vom
Fraunhofer ISE. »Wir konnten zudem erste funktionierende
Demonstrator-Module aus Solarzellen mit Rotationsdruck-Metallisierung
mit SmartWire-Drahtverschaltung herstellen. Wir sehen deshalb ein großes
Potenzial dieser Technologie für unterschiedlichste Anwendungsfelder,
von Solarzellen bis hin zur Hochdurchsatz-Beschichtung funktionaler
Strukturen für Sensoren, SmartCards oder Brennstoffzellen«.
Quelle: Fraunhofer ISE
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