Projekt 17879/01

Entwicklung verbesserter Produktionstechniken und -verfahren zur industriellen Fertigung von teiltransparenten, kristallinen Siliziumsolarzellen

Projektträger

sunways AG
Macairestr. 5
78467 Konstanz
Telefon: 07531/99677-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zur Erhöhung der Akzeptanz von Photovoltaik im Gebäudesektor liefern teiltransparente Solarzellen ei-nen wesentlichen Beitrag. Die Teiltransparenz von Solarzellen nach dem Power-Konzept (polycrystalline silicon wafer engineering result)beruht auf einer neuartigen Präzisionsschleiftechnik, die das Erzeugen einer regelmäßigen Anordnung kleinster Löcher in der Solarzelle ermöglicht. Das dazu benötigte Strukturierungsverfahren wurde im Laufe der letzten Jahre an der Universität Konstanz entwickelt und grundlegend untersucht. Das Verfahren des mechanischen Strukturierens von Siliziumwafern mit Wafersägen soll von der Firma sunways AG erstmals im Industriemaßstab eingesetzt werden.
Das Ziel des Projektes besteht in der Optimierung der mechanischen Strukturierungstechnik mit dem Ziel eines hohen Durchsatzes, einer hohen Ausbeute und einer hohen Verfügbarkeit. Desweiteren sollen Verfahrenstechnologien, wie z. B. die kombinierte Antireflexbeschichtung und Wasserstoff-Passivierung, welche in der nächsten Zeit von der Firma sunways in Zusammenarbeit mit der Universität Konstanz grundlegend erforscht werden sollen, an die POWER-Solarzelle adaptiert und in den Fertigungsprozess für die teiltransparenten POWER-Solarzellen integriert werden. Anschließend soll durch Abstimmung der einzelnen Prozessparameter untereinander eine Optimierung des Herstellungsverfahrens hinsichtlich des Solarzellenwirkungsgrades, der Prozessausbeute, des Solarzellendurchsatzes und der Reduktion der Herstellungskosten, durchgeführt werden. Die mit diesem Verfahren hergestellten teiltransparenten Solarzellen sollen einen Wirkungsgrad von durchschnittlich bis zu 11% bei multikristallinem Silizium er-zielen. Die Prozessausbeute soll bei über 92% liegen und der Durchsatz bei 850 Scheiben/h.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenTeil 1: Untersuchung der industriellen Machbarkeit des Produktes unter Verwendung der vorhandenen Pilotfertigungsanlagen
Teil 2: Entwicklung der Produktionstechniken und -verfahren zur industriellen Fertigung von POWER Solarzellen
AP 1 Mechanische Strukturierung
AP 2 Optimierung der shunt Widerstände
AP 3 Kombinierte Antireflexbeschichtung und Wasserstoffpassivierung
AP 4 Optimierung der Solarzellenmetallisierung
AP 5 Erhöhung des Automatisierungsgrades
AP 6 Qualitätskontrolle
AP 7 Durchführung und Umsetzung der FMEA
AP 8 Wirkungsgradsteigerung


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Powersolarzellen von sunways werden auf Messen präsentiert und auf Fachtagungen vorgestellt. Eine große Resonanz des Fachhandwerks konnte festgestellt werden. Es kann weiterhin festgestellt werden, dass die Nachfrage national und international stark ansteigt. Die Solarindustrie erlebt in Deutschland eine weitere Aufwindphase.
Die Umsetzung des Verfahrens und der Prozesse im eigenen Unternehmen ist weit vorangeschritten. Hersteller von Bearbeitungsmaschinen sind an den Einzelergebnissen interessiert und wollen die Verfahren auch in anderen Bereichen umsetzen.
Die technisch überzeugende Lösung hat inzwischen zwei Hersteller veranlasst, eigene Versuche zu fahren mit dem Ziel, dieses Konzept als integralen Bestandteil ihrer Anlagen zu vermarkten. Damit gelingt es auch im Markt mit hohen Stückzahlen ein preislich interessantes Produkt zu platzieren das auch betriebswirtschaftlich sinnvoll ist.


Fazit

1. Die mechanische Ausbeute der Frontseitenstrukturierung lag bei 99,5% im Mittel. Bei der Rückseitenstrukturierung dagegen lag die mechanische Ausbeute zum gleichen Zeitpunkt bereits bei 98,9% im Mittel. Die Gesamtprozessausbeute hatte einen Wert von 86,6% erreicht.
2. Die Strukturierungskosten waren für die Frontseitenstrukturierung auf 0,03€ pro Seite und Wafer gesenkt worden (unter Einberechnung der Wiederbeschichtungsraten der Werkzeuge). Für die Rückseitenstrukturierung dagegen lag der Wert bei ca. 0,12€ pro Seite und Wafer. Durch den Einsatz neuer mehrschichtig belegter Strukturierungswalzen konnten diese Kosten leicht verbessert werden.
3. Der Durchsatz lag bei der Strukturierung der Frontseiten bei bis zu 115 Wafer pro Stunde und Maschine, d. h. bis zu 230 Wafer pro Stunde und Operator; bei den Rückseiten bis zu 88 Wafer pro Stunde und Maschine, d.h. bis zu 176 Wafer pro Stunde und Operator.
4. Die schwankende Prozessausbeute hatte Ursachen in Schwankungen bei der elektrischen Ausbeute (Hot Spots und Wirkungsgrad). Auf diesem Gebiet konnten mittlere Wirkungsgrade von 8,1% nachgewiesen werden. Weitere Steigerungsmöglichkeit bieten sich durch den Einsatz von PECVD-Antireflex-Nitridbeschichtung oder die Einführung eines zusätzlichen Textur-Ätzschrittes an den Wafern. Mit diesen Maßnahmen ist das ursprüngliche Ziel von 10% mittlerem Wirkungsgrad erreichbar.

Übersicht

Fördersumme

611.803,68 €

Förderzeitraum

15.12.2000 - 31.12.2004

Bundesland

Baden-Württemberg

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik