Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Photovoltaik

© Pixabay

Die Solarenergie stellt im Energiemix eine unverzichtbare Größe dar. Um die Kosten aus Solarstrom weiter zu reduzieren, müssen die Produktionskosten der PV-Module gesenkt und der Wirkungsgrad der Solarzellen gesteigert werden. Der Lasertechnik kommt bei der kostengünstigen Herstellung qualitativ hochwertiger Solarzellen im industriellen Maßstab eine Schlüsselrolle zu. Das Fraunhofer ILT entwickelt hierfür industrielle Laserverfahren und die erforderlichen Komponenten für einen wirtschaftlichen Fertigungsprozess mit hoher Prozesseffizienz.

Ein aktueller Schwerpunkt der Arbeiten des Fraunhofer ILT liegt im Bereich der organischen Photovoltaik, bei der leistungsfähige Verschaltungstechnologien in hochproduktive Anlagen integriert werden. Hier bietet das Fraunhofer ILT hochmoderne Beschichtungs-, laserbasierte Dünnschicht-Modifikations- und Strukturierungssysteme im Rolle-zu-Rolle-Verfahren an. Diese zeichnen sich durch besonders hohe Flexibilität und geringe Fertigungskosten aus.

Beschichtung und Strukturierung

Bei organischen Dünnschicht-Solarzellen applizieren die Forschenden am Fraunhofer ILT Kontaktierungen und halbleitende Schichten auf eine transparente Folie. Sie verwenden zusätzlich dünne Anti-Reflex- und Passivierungsschichten, die zu einer Verbesserung der optischen und elektrischen Eigenschaften und damit zu höherer Effizienz führen. Diese dünnen Schichten müssen mit hoher Präzision selektiv abgetragen werden.

Ultrakurzpuls-Laserstrahlung mit hoher Präzision bei hohem Durchsatz und Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s ist hier ein ideales Werkzeug. Mit einer angepassten zeitlichen und örtlichen Formung der Laserstrahlung erlauben UKP-Laser einen vollständigen Abtrag der Schichten mit einer Linienbreite von wenigen Mikrometern, ohne dabei das Substrat oder die Schicht darunter zu schädigen.

© Pixabay

Löten und Schweißen von Solarmodulen

Solarmodule bestehen aus einzelnen Solarzellen, die langzeitstabil miteinander kontaktiert sind. Aktuell geschieht dies durch Infrarotlöten oder dem sogenannten Thermodenlöten mit Wärme und Druck, was bei dünnen Zellen zu Rissbildung führen kann. Das Laserlöten trägt Energie hingegen selektiv ein, ohne den Wafer stark zu erhitzen. Durch zwei Strahlengänge ist simultanes Löten von Vorder- und Rückseite möglich, was zu Prozesszeiten von unter drei Sekunden pro Zelle führt. Laserstrahlschweißen ermöglicht im Vergleich zum Löten zehnmal schnellere Bearbeitungsgeschwindigkeiten.

Folienpackaging

Für das Packaging der folienbasierten organischen Solarmodule sind Multilayer-Folien nötig, um die empfindlichen aktiven Schichten vor Umwelteinflüssen wie Sauerstoff und Wasser zu schützen. Insbesondere bei Folienprozessen, bei denen die Herstellung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren erfolgt, bietet der Einsatz von Laserstrahlung als Schweißwerkzeug gegenüber konventionellen fest geformten Werkzeugen einen großen Vorteil.

Je nach Prozessanforderung eignet sich das Verfahren des Laserdurchstrahlschweißens oder des Spaltschweißens. Neben Folienverbunden aus verschiedenen Kunststoffen lassen sich so auch Mehrschichtfolienverbunde mit Barriereschichten oder metallischen Anteilen fügen.

Nutzen Sie unsere Infrastruktur

 

© Fraunhofer ILT, Aachen / Andreas Steindl.

Weitere Informationen unserem Laboren

Ausstattung

 

 

Finden Sie hier unsere Leistungsangebote