Optimales Licht
Lasermodule bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarmodulen
Die Manz AG zählt zu den Pionieren im Photovoltaik-Maschinenbau. Bei der Realisierung des bislang größten Auftrags in der Firmengeschichte spielen Lasermodule eine entscheidende Rolle in der Qualitätssicherung und ermöglichen die Produktion von Solarmodulen mit hohem Wirkungsgrad.
Bild 1 | Schichtaufbau eines CIGS-Solarmoduls im Querschnitt. Die integrierte Serienverschaltung entsteht durch die mit P1, P2 und P3 bezeichneten Auftrennschritte. Die CIGS-Absorberschicht hat eine Dicke von nur ca. 2μm und ist somit etwa 40 bis 50 mal dünner als ein menschliches Haar. (Bilder: Manz AG)
„Wir sind absolut davon überzeugt, dass der CIGS Dünnschicht-Solartechnologie in der Photovoltaik die Zukunft gehört“, betont Bernd Sattler, Abteilungsleiter Bildverarbeitung der Manz AG in Reutlingen. Die Manz AG ist mit der CIGSfab der weltweit einzige Anbieter einer schlüsselfertigen, vollintegrierten Produktionslinie für die Herstellung von CIGS Dünnschicht-Solarmodulen. Für dieses Produkt hat das Unternehmen im Januar 2017 den mit einem Volumen von 263 Millionen Euro größten Auftrag der Firmengeschichte gewonnen. Ein Gemeinschaftsunternehmen der chinesischen Shanghai Electric Group und der Shenhua Group bestellte eine CIGSfab mit einer Kapazität von 306MW sowie eine CIGSlab (eine Forschungslinie) mit einer Kapazität von 44MW. Beide Fabriken sollen im Sommer 2019 mit der Produktion starten.
50x dünner als ein Haar
Bei einem herkömmlichen kristallinen Solarmodul auf Basis eines hochreinen Silizium-Wafers wird eine hohe Anzahl einzelner Solarzellen verlötet und zwischen einer Glasscheibe und einer Folie montiert. Die einzelnen Wafer sind bis zu 100x dicker als die Halbleiterschicht CIGS (Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid ) auf einem Dünnschicht-Modul. Diese wird in einer Vakuumanlage, in nur einem Prozessschritt, direkt auf eine Glasscheibe aufgedampft. Entsprechend höher ist bei der kristallinen Technologie der Einsatz von teurem Halbleitermaterial. Zudem entfällt bei der Dünnschicht-Technologie durch das direkte Aufbringen des Halbleiters auf das Glassubstrat der aufwändige mehrstufige Prozess der Rohsilizium-, Wafer-, Zell- und Modul-Herstellung. Der Vorteil ist laut Bernd Sattler: „Die CIGS-Absorberschicht hat eine Dicke von nur ca. 2µm und ist somit etwa 40 bis 50x dünner als ein menschliches Haar. Die positiven Auswirkungen auf die Herstellungskosten durch die Einsparung des Materials und durch weniger Prozessschritte liegen auf der Hand.“ Der Herstellungsprozess der 600×1.200mm großen Solarmodule erfordert deshalb höchste Präzision. Dabei wird Trägermaterial in mehreren Prozessschritten beschichtet und strukturiert. Die gesamte Fläche muss dabei in kleinere Zellen unterteilt werden, da auf der Gesamtfläche viel Strom anfällt. Durch eine Reihenschaltung der kleinen Zellen kann die Spannung von ca. 0,6V pro Zelle auf rund 80V pro Modul erhöht werden. Erforderlich sind dafür drei Auftrennschritte, von denen zwei mit einem Bearbeitungslaser und einer mit einem speziellen Gravierstichel realisiert werden.
Exakte Vermessung
Für die korrekte Funktion jedes Moduls ist es essentiell, dass die Strukturen zur Verschaltung der Solarzellen-Dioden fehlerfrei aufgebracht werden. Aus wirtschaftlichen Gründen macht es zudem Sinn, diese Strukturierungslinien nach jedem der drei Auftrennschritte zu überprüfen, um fehlerhafte Module frühzeitig zu erkennen. Vermessen werden die Breiten und Abstände der Strukturierungslinien (Dead-Area bzw. Strukturierungsabstände). Exakte Messergebnisse haben dabei einen direkten Einfluss auf die Qualität der produzierten Solarmodule. Als Dead-Area bezeichnet man übrigens die Flächen, die zur Strukturierung erforderlich sind, jedoch keinen Strom erzeugen. Je kleiner also diese Bereiche gefertigt werden können, desto höher ist der Wirkungsgrad des gesamten Solarmoduls.
