Hochdurchsatz-Laserprozessierung

Zur schnellen Strahlzustellung werden in der Lasermaterialbearbeitung von Silizium-Solarzellen meist Galvanometer-Scanner verwendet, die den Strahl mittels zweier Spiegel mit bis zu 50 m/s über die zu bearbeitende Probe bewegen können. Deutlich höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten können mit Polygonscannern erzielt werden. Hierbei trifft der Laserstrahl auf ein sich drehendes aus mehreren Facetten bestehendes Polygonrad. Der Laserstrahl wird dann von der Facette auf die Probe reflektiert. Mit einem Galvanometer-Spiegel wird der Laserstrahl außerdem quer zu dieser schnellen Achse abgelenkt, so dass zweidimensionalen Strukturen bearbeitet werden können. Auf Grund der hohen Rotationsgeschwindigkeit des Polygonrads können abhängig von der abbildenden Optik Geschwindigkeiten von mehr als 1 km/s erreicht werden. 

Zum Transport des Silizium-Wafer zur Bearbeitungsposition werden oft Linear- oder Drehtisch-Anlagen verwendet. Bei beiden Anlagenkonzepten wird der Wafer, nachdem der zur Bearbeitungsposition gefahren wurde, angehalten und dann der Laserprozess durchgeführt. Bei der On-the-fly Prozessierung wird hingegen der auf einem Transportband aufliegenden Wafer prozessiert, während er unterhalb des Laserscanners durchgefahren wird. Dadurch kann ein höherer Durchsatz erzielt werden, da auf ein Stoppen des Transportbandes verzichtet und der Abstand zwischen den einzelnen Wafern minimiert werden kann. Mit spezieller optischer Sensorik kann die Lage des Werkstücks erkannt und der Laserprozess zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst werden.

Im Team Laseranlagenbau wurde Sensorik und ein Aufbau zur Demonstration dieses Ansatzes entwickelt. Hierbei wurde ein der Prozess zur Laserkontaktöffnung der passivierten Rückseite einer PERC Solarzelle nachgestellt. Quer zu Bandrichtung befindet sich die schnelle Achse des Polygons. Der Pulsabstand ergibt sich aus der Repetitionsrate des Lasers und der Polygongeschwindigkeit. Entlang des Bandes ergibt sich der Linienabstand aus der Geschwindigkeit des Bandes und der Sprunggeschwindigkeit des Galvo- Spiegels. Mit einer Bandgeschwindigkeit von bis zu 900 mm/s wird der Wafer transportiert. Da auch der Abstand zweier Wafer auf dem Band sehr gering gewählt werden kann, ist ein Durchsatz von mehr als 15000 Wafer/h realisierbar. 

Unsere On-the-fly Laserprozessierungstechnologie ermöglicht einen Durchsatz von mehr als 15000 Silicium-Solarzellen pro Stunde und Scanner. Wir haben eine Kombination aus intelligenten Sensoren und polygonbasiertem Laserscanning mit Ablenkgeschwindigkeiten von bis zu 1000 m/s entwickelt, um die Produktivität gegenüber herkömmlichen Systemen um fast eine Größenordnung zu steigern.

Das Verfahren, das in diesem Video zu sehen ist, wird als Laserkontaktöffnung bezeichnet. Es wird bei der Mehrzahl der heute hergestellten Solarzellen angewendet.