Aus dem Labor – in die Praxis

von Martin Bauer Die Manz Automation AG präsentierte in Hamburg auf der 24. ‚European Photovoltaik Solar Energy Conference and Exhibition’ mit dem Laser Multi Tool eine Labormaschine, die im kristallinen Bereich Anwendung findet. Diese Labormaschine macht es möglich, verschiedene Laserprozesse für Hocheffizienzzellen schnell und zuverlässig zu evaluieren und dadurch die Entwicklung neuer Zellprozesse zu beschleunigen. Auf der Messe wurde mit der Anlage ‚live’ ein Laserprozess zur Erzeugung von selektiven Emittern demonstriert. Durch diesen Vorgang kann eine Verbesserung des Wirkungsgrads von Solarzellen um 0,5 Prozentpunkte erreicht werden. Dr. Thomas Schlenker, Bereichsleiter cSi Solar Technik, verriet uns die Hintergründe und den Nutzen des Laser Multi Tools.

Was macht das Laser Multi Tool eigentlich genau und seit wann ist es im Einsatz?

Das Laser Multi Tool ist für uns intern entwickelt worden, um Laserprozesse für die kristalline Silizium-Solarzellenfertigung abzubilden. Unser Aufhänger in Hamburg war der Laserdotier-Prozess. Dabei setzt man den Laser ein, um den Wafer lokal nachzudotieren und einen sogenannten selektiven Emitter zu erzeugen. Wir haben diese Plattform entwickelt, um den Prozess weiterzuentwickeln und Kundenversuche durchzuführen. Ziel ist es, den Laborprozess in eine Art Vorfertigung zu überführen, der auch nachträglich in bestehende Produktionslinien integriert werden kann. Somit lässt sich die Rentabilität von bestehenden Linien deutlich erhöhen. Das Tool ist seit Mai 2009 im Einsatz.

Das heißt, die Anlage ist vielseitig einsetzbar?

Richtig. Jeder Kunde, der diesen Prozess applizieren möchte, bringt schließlich auch andere Voraussetzungen mit. Das fängt schon mit dem Zelltyp an, dazu kommen unterschiedliche Wafertypen und Vorprozesse. Bei dem beschrieben Laborprozess werden die Prozesse auf die jeweiligen Kundenbedürfnisse adaptiert und optimierte Parametersätze identifiziert. Ziel ist es, auf Basis der gewonnen Erfahrung eine Hochdurchsatz-Maschine zu bauen. Wir evaluieren sowohl Laser von unseren Zulieferern, als auch Maschinenkomponenten. In verschiedenen Kundenprojekten, die zum Beispiel Themen wie Isolation, Laserdotieren oder Löcher bohren beinhalten, wird deutlich, wie wichtig dieses Tool für die Entwicklung neuer Zellprozesse für den späteren industriellen Einsatz ist.

Wie viel Zeit wurde für die Entwicklung benötigt?

Das Ganze war natürlich ein laufender Prozess, der allerdings sehr zügig voranschritt. Von der Spezifikation bis zu den ersten Prozessen, die wir abbilden konnten, dauerte es etwa ein dreiviertel Jahr.

Was waren dabei die größten Herausforderungen?

Die größte Herausforderung war die Findung einer geeigneten Balance zwischen den Anforderungen aus der Prozesswelt und der Umsetzung in eine Maschine, welche ökonomischen Anforderungen genügen muss und in einer vernünftigen Zeit entwickelt werden kann. Wir verfolgten das Ziel, maschinenbauliche Lösungen und Komponenten einzusetzen, welche auch nachher in einer Produktionsmaschine mit hohem Durchsatz umgesetzt werden können. Dieser Spagat spiegelt sich beispielsweise bei der Genauigkeit wieder. Aus reiner Prozesssicht würde man die Genauigkeit beispielsweise auf ± 1 µm fordern. Durch den Einsatz hochwertiger aber industriell verfügbarer Komponenten, welche auch taktzeitrelevante Tests ermöglichen, muss hier ein prozessverträglicher Kompromiss eingegangen werden. Das ist der Unterschied zwischen einer Laborplattform an einer Universität und einer bezahlbaren Lösung in der Industrie, in der die späteren Produktionskosten die maßgebliche Rolle spielen.

Was war die Motivation, ein solches Laser Multi Tool zu herzustellen?

Das Laser Multi Tool wurde von der Manz Automation aus eigenem Antrieb heraus entwickelt und gebaut. Wir stellten uns die Frage: Was brauchen wir, um für die Laserprozesse der nächsten Generation der Solarzellenproduktion die passende Maschine entwickeln zu können? Wir benötigen ein Bindeglied zwischen einer Laser Laborplattform in Forschungseinrichtungen an Universitäten und einer zu entwickelnden Produktionsmaschine hohen Durchsatzes. Für die benötigte Konstruktions,- Bildverarbeitungs-, Steuerungs- und Prozesskompetenz konnten wir auf die Spezialistenteams im eigenen Haus zurückgreifen, was ein enormer Vorteil ist.

Was sind die wesentlichen Merkmale des Laser Multi Tools?

Die Genauigkeit ist ein ganz großes Merkmal, das heißt, wir verwenden Komponenten, die eine sehr, sehr hohe Genauigkeit zulassen. Wir wollten auch ein flexibles Tool schaffen. Schnelle Umbauten sind möglich, sowohl bei der Optik, als auch bei der Strahlquelle. Ebenso musste die Plattform die gleiche sein, die später in einer Serienmaschine verwendet wird. Das bedeutet, in einer Serienmaschine, ganz gleich ob es sich zum Beispiel um eine Laserisolationsmaschine oder eine Dotiermaschine handelt, sind die verwendeten Komponenten und die Abfolge prinzipiell die gleichen. Die Prozesszeiten müssen industrierelevant sein, sonst sind wir wieder beim Universitätsmaßstab und haben nichts gewonnen.

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