Mit einem neuartigen Laser können Wafer 10- bis 20-mal so schnell wie bisher bearbeitet werden. Das ist das Ergebnis einer Forschungsgruppe am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg. Das Team um Jale Schneider entwickelte einen Prototyp, der mit UV-Wellen feinste Strukturen in Siliziumwafer gravieren kann.
Foto: Fraunhofer ISE
Um aus Wafern Photovoltaik-Zellen zu produzieren, müssen die Wafer unter anderem metallisiert werden. Bei dem Arbeitsschritt werden feine Kanäle auf die Oberseite der Zellen gefurcht. In die Kanäle kommt die Silberpaste, die anschließend als Leiterbahn dient. Die Geschwindigkeit, mit der die Kanäle auf den Wafer kommen, ist für die Produktion von Zellen dabei sehr wichtig, um die Produktionskosten weiter zu senken. Der vom Fraunhofer ISE vorgestellte Laser kann 1800 Linien pro Sekunde zeichnen. Das sei 10- bis 20-mal so schnell als ein sogenannter Galvanometerscanner, der zu diesem Zweck häufig eingesetzt wird. Der Laser habe eine hohe Repetitionsrate von zehn Megahertz und eine maximale Pulsenergie von 5,6 Mikrojoule.
Zudem kann der Laser Wafer im M12-Format, also mit 210 Millimeter Seitenlänge bearbeiten. Die Kanäle, die der Laser eingraviert, sind gerade einmal 15 Mikrometer breit. Das sei 30 Prozent feiner als aktuelle UV-Wellen-Laser, die bereits kommerziell eingesetzt werden. Im Vergleich zu den sehr weit verbreiteten Infrarotlasern seien die Kanäle des neuartigen Lasers sogar dreimal so fein. Die Laseranlage könnte auch dabei hilfreich sein, Solarzellen künftig mit Kupfer anstatt mit Laser zu metallisieren, teilt Fraumnhofer ISE mit.
Foto: Fraunhofer ISE
„Das Besondere am Aufbau des Demonstrators ist, dass große Werkstücke sehr schnell und mit kleiner Strukturgröße prozessiert werden können“, sagt Jale Schneider, Projektleiterin am Fraunhofer ISE. „Ein großes Bildfeld, schnelle Prozessierung, feine Strukturen – in der Branche der Lasermaterialbearbeitung ist der Gedanke fest verankert, dass man nur zwei dieser drei Eigenschaften gleichzeitig haben kann. Mit dieser Anlage haben wir alle drei Wünsche gleichzeitig erfüllt.“
Der eigentliche Laser wurde von der Edgewave GmbH entwickelt. Die Firma Moewe Optical Solutions baute einen Polygonscanner für das Projekt. Am Fraunhofer ISE setzte das Team den Polygonscanner, den Laser und eine Achse zur Strahlführung zu einem Anlagensystem zusammen. Die Gruppe will sich jetzt mit neuen Prozessen zur Durchsatzsteigerung befassen.
Der Text wurde am 20. Dezember geändert, um richtigzustellen, dass die Anlage die Umstellung auf Kupfermetallisierung ermöglicht.
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