Wettbewerbsvorteil in der Photovoltaikindustrie - Optische Oberflächenmesstechnik optimiert Fertigung neuer Solarwafer-Generationen
Die zerstörungsfreie Charakterisierung von Oberflächenstrukturen auf Solarwafern ist von immer größerer Bedeutung, denn sie kann Lösungen für viele Fragestellungen und konkrete Anwendungen bieten. Von der Entwicklung bis in die Produktion: Der Bedarf für hochauflösende Messtechnik erstreckt sich entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Als Faustregel gilt, je weiter die Strukturierung im Bearbeitungsprozess fortschreitet, desto mehr Informationen werden über Details auf der Oberfläche benötigt.
Moderne optische Oberflächenmessgeräte mit Mikro- und Nanometerauflösung liefern berührungslos und zerstörungsfrei sowie wahlweise vollautomatisch Informationen über die Beschaffenheit eines Solarwafers auf der Vorder- und Rückseite sowie am Rand und ermöglichen Aussagen über Dicke, Topographie, Welligkeit, Schichtdicke, Randbearbeitung und viele weitere Parameter. Die Messungen lassen Rückschlüsse auf Oberflächenqualität, Brüchigkeit, aber auch auf den Wirkungsgrad zu – drei Parameter, die nicht nur für immer dünner werdende Wafer wie Dünnschichtzellen mit amorphem Silicium von Bedeutung sind. Für die Waferproduzenten ergeben sich damit Möglichkeiten, Material einzusparen und die Effizienz zu steigern, was bei dem teuren Werkstoff ein wichtiger Marktvorteil ist. Die Materialeinsparung zahlt sich auch bei der Fertigung aus, da die Module aufgrund ihres kleineren Gesamtgewichtes leichter zu montieren sind und zugleich einen geringeren statischen Einfluss auf Unterkonstruktionen ausüben.
Vor allem in der Warenausgangskontrolle von Rohwafer-Herstellern und der Wareneingangskontrolle ihrer jeweiligen Abnehmer müssen zuvor vereinbarte Spezifikationen kontrolliert und eingehalten werden. Wafer, die von den Spezifikationen, zum Beispiel durch zu starke Welligkeit, abweichen, können in nachgelagerten Prozessschritten zu Problemen bei der Strukturierung und Kontaktierung führen. Für solche Untersuchungen eignet sich der MicroProf® 300 mit TTV Option, welcher eine gleichzeitige Messung beider Probenseiten ermöglicht. Mit modularen Hardwarekompenten wie z.B. Schichtdicken-Sensoren kann das Standardsystem für die Untersuchung von Dicken und Oberflächen an viele weitere anspruchsvolle Kundenanforderungen angepasst werden.
Ein weiterer Fall bei dem optische Messtechnik für die begleitende Produktionskontrolle eingesetzt wird, ist die Untersuchung der elektrischen Leiterbahnen und Kontakte (sogenannte Finger). Diese werden typischerweise mit Siebdruck auf die Wafer aufgebracht. Dabei kommt es auf eine gleichmäßige Höhe und Breite an, da Unregelmäßigkeiten unmittelbare Auswirkungen auf die elektrischen Eigenschaften der Zellen haben.
Um auch noch das letzte „Effizienz- Prozentchen“ aus den herkömmlichen Zellen herauszukitzeln, streben die Hersteller nach weiterer Optimierung. Die zerstörungsfreie Oberflächenmessung kann dazu beitragen neue Strukturierungen zu entwickeln, die Reflexionsverluste zu mindern und so die Effizienz weiter zu steigern. Bei einer Pyramidenform der Zelloberfläche beispielsweise trifft das einfallende Licht mehrfach auf die Oberfläche und erhöht so ihren Wirkungsgrad.
Dünnschicht-Solarzellen sind eine aufstrebende, viel versprechende Technologienalternative zu den herkömmlichen kristallinen Zellen, denn es müssen zu ihrer Herstellung wesentlich weniger Siliciumressourcen eingesetzt werden. Wegen der hohen Lichtabsorption von Dünnschichtmaterialien und durch Lichtfallenstrukturen sowie Rückseitenreflektorschichten sind Beschichtungen aus wenigen Mikrometern Silizium für die Umwandlung des Sonnenlichts ausreichend. Die Aufgabe, optisch aktive Schichten, die möglichst viel Licht absorbieren sollen, zerstörungsfrei mit optischen Sensoren zu vermessen, ist technisch sehr anspruchsvoll. Besonders trickreich ist die optische Vermessung von Antireflexionsschichten, die ja gerade alles auftreffende Licht absorbieren sollen. Die Lösung hierfür sind modulare Oberflächenmessgeräte. FRT bietet mit der Multi-Sensor Technologie die Möglichkeit, Punkt- und Flächensensoren mit Rasterkraftmikroskopie, je nach individueller Aufgabenstellung, zu einem passgenauen Messgerät zu kombinieren.
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