12.12.2017

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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