Erneuerbare Energien 21. Mrz 2022 Von Bettina Reckter

Effizientere Produktion von Solarzellen per Rotationssiebdruck

Solarzellen in nur 0,6 s herzustellen, das gelang einem Forschungsteam jetzt dank der einmaligen Kombination von Rotationssiebdruck- und Flexodruckverfahren. Damit erhöht sich der Durchsatz beim Drucken um den Faktor 1,5.

Rotationssiebdruckmetallisierung eines Siliziumwafers auf der Demonstratoranlage.
Foto: Fraunhofer ISE

Das Standardverfahren für die Metallisierung von Siliziumsolarzellen und anderer elektronischer Bauteile ist derzeit der Flachbettsiebdruck. Durch Kombination des Rotationssiebdruckverfahrens mit dem Flexodruck hat ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE nun gemeinsam mit der ASYS Automatisierungssysteme GmbH eine neue Fertigungsanlage entwickelt, die den Durchsatz beim Drucken um den Faktor 1,5 erhöht. Damit sind Taktzeiten von nur 0,6 s pro Solarzelle möglich.

Auch für den funktionalen Druck in anderen Bereichen, etwa für Wasserstofftechnologien, die Sensorik oder Leistungselektronik lässt sich der neue Prozess einsetzen. Das Forschungsteam präsentiert ihn nun auch auf der Messe LOPEC, der führenden internationalen Fachmesse für gedruckte Elektronik, die am 23. und 24. März im Internationalen Congress Center München stattfindet.

Druck ist bislang der Flaschenhals im Produktionsprozess von Siliziumsolarzellen

„Die Metallisierung per Siebdruck ist verfahrensbedingt auf einen Durchsatz von aktuell circa 0,9 s pro Solarzelle und Spur begrenzt“, erklärt Florian Clement, Leiter der Abteilung Produktionstechnologie – Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE. „Der Druck ist damit ein Flaschenhals im Produktionsprozess von Siliziumsolarzellen, und auch im Beschichtungsprozess von Stückgutkomponenten in vielen anderen Branchen.“

In einer Demonstratoranlage für die Hochdurchsatzmetallisierung von Siliziumsolarzellen und anderen elektronischen Bauteilen konnte das Projektkonsortium um die ASYS Automatisierungssysteme GmbH und das Fraunhofer ISE jetzt zeigen, dass sich der Durchsatz bei der Metallisierung weiter steigern ließ. Dabei erreichte das Team einen anderthalbfachen Durchsatz des Druckprozesses. „Die Anlage hat das technische Potenzial, den Durchsatz im Vergleich zu Siebdruckanlagen zu verdoppeln“, ist Andreas Lorenz, Projektleiter am Fraunhofer ISE, überzeugt.

Modulare Bauweise erlaubt Integration weiterer Druck- und Beschichtungsverfahren

Kernstück der Anlage ist ein neu entwickeltes Hochdurchsatztransportsystem. Die zu beschichtenden Bauteile werden darin auf autonomen Shuttles mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durch Druckwerke der Schweizer Maschinenbaufirma Gallus Ferd. Rüesch AG (Teil der Heidelberger Druckmaschinen AG) transportiert und mit feinsten Strukturen passgenau beschichtet. Je nach Anforderung kann ein Rotationssiebdruckwerk oder ein Flexodruckwerk zugeschaltet werden. Aufgrund der modularen Bauweise lassen sich zudem weitere Druck- und Beschichtungsverfahren wie Multi-Nozzle Dispensing und Tiefdruck integrieren.

Die möglichen Anwendungsgebiete der neuen Anlage gehen dabei weit über die Metallisierung von Siliziumsolarzellen hinaus. Während die überwältigende Mehrheit der Druck- und Beschichtungsanlagen im Markt nach dem Prinzip „Rund-zu-Rund“ arbeitet und damit auf bahnförmige Substrate beschränkt ist, zielt die neue Anlage auf eine Hochdurchsatzbeschichtung von Stückgutkomponenten wie Solarzellen, Leiterplatten, Chipkarten und eine Vielzahl weiterer Bauteile.

Verfahren und Anlage wurden in den Forschungsprojekten „Rock-Star“ und „Rock-IT“ entwickelt und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie das Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK (ehemals BMWi) gefördert.

Mehr zur Solarindustrie erfahren Sie im Beitrag: Europäisches Wachstum in den nächsten Jahren

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