Miracle – Hochdurchsatz Mikroablation zur Electroplating der Solarzellen der nächsten Generation

Der wachsende Markt für galvanisch metallisierte (Plating) Solarzellen benötigt innovative Technologie im Bereich der Laserstrukturierung – eine höhere Auflösung für kleinere Leiterbahnen, ein großes Bearbeitungsfeld für wachsende Waferformate und eine schnellere Strahlablenkung für kürzere Prozesszeiten. In »Miracle« kommen das Fraunhofer ISE und fünf Industriepartner zusammen, um gemeinsam neue Anlagenkonzepte zu erarbeiten und aufzubauen, die die Laserstrukturierung fürs Plating wirtschaftlicher und konkurrenzfähiger macht und somit eine hohe Silberersparnis in der Solarzellenproduktion ermöglicht. 

Die knappen Ressourcen an Silber und die rasante Entwicklung an neuen Solarzellen-Typen wie zum Bsp. HJT, TOPCon und Perovskit sowie vorallem die stetig wachsenden Waferformate stellen die verbreiteten Metallisierungstechniken vor neue Herausforderungen. Die Kupfer-basierte Metallisierung mittels Electroplating gewinnt in dem Zuge mehr an Bedeutung und Marktanteil. Sie ermöglicht eine drastische Silberersparnis, höhere Effizienzen bei neuen Zelltypen und eine Reduktion der minimal benötigten TOPCon-Schichtdicke. In der Produktion geht dem Plating eine laserbasierte Öffnung der Antireflexbeschichtung voraus. Größe, Homogenität und Qualität der Laserstruktur bestimmen maßgeblich die Fingerbreite, den Kontakt- und Serienwiderstand sowie die Rekombinations- und Haftungseigenschaften und somit auch den Erfolg der Plating-Technologie. Hier ist der aktuelle Stand der Laseranlagen (Strukturgröße 15 μm bis 20 μm, Format ≤168 x 168 mm², Durchsatz ≤7500 Wafer pro Stunde) weit von den zukünftigen Marktanforderungen entfernt.

Ergebnisse des Fraunhofer ISE belegen eine absolute Effizienzsteigerung von 0,65%, wenn die Öffnungsgröße von 14 μm auf 5,5 μm reduziert wird. Dazu soll trotz der größer werdenden Formate und einer kleineren Öffnung der Durchsatz sogar weiter steigen. Das Ziel des Vorhabens ist daher, etablierte Kompromisslösungen durch ein neues Anlagendesign zu ersetzen und damit eine bislang unerreichte Spezifikation in einer Pilotanlage zu etablieren:

• homogene Laseröffnungen mit einer Breite kleiner 10 μm

• auf Wafern des M12 Formats

• bei einem Durchsatz von 8000 Wafern pro Stunde

Lösungsansätze dazu basieren auf ultraschnellen Scannern, neuem optischen Design, aktiver Fokuskorrektur, schneller Regelung und der Vernetzung der Komponenten mit hoher Bandbreite.