Innovationspreis - BOA - Baden-Württembergisches Online-Archiv

Ausgangslage
Das Herstellungsverfahren von Solarzellen war früher
geprägt durch einzelne Produktionsschritte, die nicht
direkt miteinander in einer Maschine ausgeführt wurden.
Die unterschiedlichen Bearbeitungsschritte
machten es notwendig, die Zellen immer wieder
manuell zu bündeln, zu transportieren und in den
nächsten Prozess einzuspeisen. Bisher gelang es wichtige
Prozesse wie das Sägeschadenätzen, Texturieren
und Diffundieren der Solarwafer durch die Vereinzelung
der Wafer auf Rollentransportstrecken zu prozessieren
und somit einen Teil der Fertigung zu automatisieren
(s. Foto). Der folgende Prozessschritt - das
traditionelle Plasmaätzen - war bislang nicht über die
Technik der Rollentransporte lösbar. Für das Plasmaätzen
mussten die einzelnen Solarzellen aus der
Durchlaufanlage entnommen und gestapelt werden,
um durch das Ätzen im Stapel zum gewünschten
Ergebnis zu kommen. Danach wurden die Wafer wieder
vereinzelt, um den nächsten Prozess zu fahren.
Dies bedeutete eine Unterbrechung in der Produktionsautomatisierung,
sowie hohe Bruchraten der
Zellen durch das Ätzverfahren im Stapel unter
hohem Druck. Ziel war, diesen Produktionsschritt
durch einen nasschemischen Prozess über Rollentransporte
zu ersetzen, um somit die Produktionslinie
erheblich effizienter zu gestalten.
Die Innovation
Die Zellen werden nach dem neuen Verfahren horizontal
in parallelen Reihen auf Rollentransportstrecken
durch Chemikalienbäder befördert. Im Bereich
des neuen Prozesses Kantenätzen werden die komplette
Unterseite des Wafers sowie die Seiten im
Chemiebad geätzt, solange bis die n-dotierte Siliziumschicht
- 1 µm dick - total entfernt ist. Dies stellt
die elektrische Isolierung zwischen n-dotierter oberer
Seite und p-dotierter Unterseite der Zelle sicher. Die
obere Seite des Wafers darf bei diesem Vorgang auf
keinen Fall mit der Ätzflüssigkeit im Bad in
Berührung kommen. Hier muss die diffundierte
Oberfläche unbeschädigt bleiben. Nur durch die absolut
präzise Flüssigkeits- und Prozesskontrolle bleibt
die Oberfläche des Wafers trocken, während die Unterseite
geätzt wird. So wird sichergestellt, dass der
Emitter nicht beschädigt wird. Nach dem Ätzvorgang
werden die Zellen gereinigt und getrocknet.
Mit dieser Innovation ist es RENA gelungen einen
wichtigen Prozess in der Produktionslinie der Solarzellenherstellung
über die Durchlaufanlage zu automatisieren.
Die Integration von Kantenätzen zusammen
mit dem Oxidätzenprozess in einer Durchlaufanlage
macht den Transport zwischen den zwei Prozessschritten
unnötig und erlaubt eine ideale Integration
des Prozesses in die Produktionslinie. Dies ist ein
weiterer Schritt zu einer vollautomatisierten Zellenfertigung
und minimiert die Bruchrate, die durch das
Stapeln oder das manuelle Handling des Wafers verursacht
wird.
Die ersten Ergebnisse der Innovation wurden letztes
Jahr auf der Solar-Weltkonferenz in Paris von RENA
vorgestellt. Inzwischen ist der Prozess erfolgreich in
die industrielle Produktion eingeführt und wird von
führenden Solarzellenherstellern eingesetzt. Aufgrund
der Verknappung des Ausgangsmaterials und
damit einhergehenden Verteuerung (60 % der Gesamtherstellungskosten
einer Solarzelle werden allein
durch die Kosten des gereinigten Siliziums verursacht)
geht der Trend zu wesentlich dünneren Scheiben.
Mit diesem neuen Prozess ist man auch hier
zukünftig dem Wettbewerb voraus. Im Gesamten bedeutet
dies eine immense Einsparung an Rohstoffkosten.
Erfahrungen als Problemlöser für nasschemische
Applikationen in der Halbleiterbranche führten hier
zur Innovation und zum Markteintritt in der Solarbranche.
Die Innovation der nasschemischen Prozessierung
von Solarzellen und damit einhergehenden
Vorteile erforderte zum einen eine markt- und kundennahe
Entwicklung, zum anderen jedoch eine
Grundlagenentwicklung zur Weichenstellung für
zukünftige Solar-Standardanlagen. Weiterhin öffnete
man sich vertrauensvoll anderen Partnern um gemeinsam
den Lösungsansatz wissenschaftlich zu
unterlegen. Kooperationen mit der Universität Konstanz
und dem Fraunhofer Institut für solare Energiesysteme
(ISE) wurden geschlossen. Testreihen wurden
gefahren. Das Patent ist angemeldet.
Das Unternehmen
Die RENA Sondermaschinen GmbH bietet kundenspezifische
Lösungen und Standardanlagen für
Nasschemieprozesse unter Reinraumbedingungen.
Der Name RENA steht für Reinraum Equipment
Nasschemie Automatisierung. In Zusammenarbeit
mit dem Kunden wird der Anlagentyp spezifiziert,
mit dem der jeweils größtmögliche Kundennutzen
für Projekte aus den vier Bereichen Ätzen, Reinigen,
Galvanik und Trocknen erzielt wird. Die Firmen-
Zentrale befindet sich in herrlicher Aussichtslage
1.000 m über dem Meeresspiegel. Den „Space for
Reflection“ - den „Freiraum zum Denken“ - den diese
Umgebung bietet, nützt das Schwarzwälder Spezialisten-Team
zur Gestaltung innovativer Lösungen.
Die Firma wurde vor 12 Jahren mit 10 Mitarbeitern
gegründet und beschäftigt heute 150 Mitarbeiter. Das
international agierende Unternehmen zählt Firmen
aus der Halbleiter- und Solarindustrie, aber auch aus
der Mikrostruktur- und Medizintechnik zu seinem
Kundenstamm.
Innovationspreis des Landes Baden-Württemberg
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