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Laserschneiden Scheibenlaser erhöht die Geschwindigkeit beim Schneiden Solarzellen

| Autor / Redakteur: Richard Hendel / Rüdiger Kroh

Beim Schneiden typischer Solarzellendicken zwischen 200 und 250 μm erreicht der Scheibenlaser eine Schnittgeschwindigkeit von 100 mm/s. Im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren liegt damit die Geschwindigkeit erheblich höher und es gibt so gut wie keine Mikrorisse, was wiederum die Bruchrate in der weiteren Verarbeitung der Solarzelle reduziert.

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Bild 1: Der Scheibenlaser Star-Disc 100 ICQ eignet sich sowohl für das Durchkontaktieren von Solarzellen als auch für das Schneiden.
Bild 1: Der Scheibenlaser Star-Disc 100 ICQ eignet sich sowohl für das Durchkontaktieren von Solarzellen als auch für das Schneiden.
( Archiv: Vogel Business Media )

Der gütegeschaltete Scheibenlaser Star-Disc von Rofin (Bild 1) steigert die Durchsatzraten beim Durchkontaktieren von Solarzellen auf das Drei- bis Fünffache und eröffnet neue Laseranwendungen. Rückkontakt-Solarzellen eliminieren die sonst nötigen Leiterbahnstrukturen auf der Vorderseite und erhöhen so die solaraktive Fläche und damit den Wirkungsgrad der Zellen. Mehr noch: Die gesamte Verschaltung der einzelnen Solarzellen zu Modulen ist ohne Verbindungen von Vorder- zu Rückseiten realisierbar – die Packungsdichte steigt und die Kosten sinken.

Das MWT-Verfahren (Metal Wrap Through) verlegt die für die Verschaltung im Modul nötigen Lötbahnen auf die Rückseite der Solarzelle. Dazu werden pro Solarzelle 25 bis 50 Löcher mit einem Durchmesser von 300 bis 500 μm rasterartig gebohrt und später mit leitendem Material gefüllt. Wird dagegen gleich die gesamte Kontaktierung der negativ dotierten Schicht auf die Rückseite geführt (EWT-Verfahren: Emitter Wrap Through), sind etwa 15 000 Löcher mit einem Durchmesser von 60 bis 70 μm zu bohren.

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Hohe Pulsspitzenleistung bei angepasster Pulsdauer

Der Scheibenlaser arbeitet in beiden Fällen mit bislang nicht erreichten Durchsatzraten: 3000 Löcher pro Sekunde beim EWT-Verfahren, 25 Löcher pro Sekunde bei der MWT-Anwendung. Die gütegeschaltete Strahlquelle bietet für diese Applikationen außer der hohen Leistung im TEM00-Grundmode ein sehr gutes Pulsbreitenregime. Die Kombination von hoher Pulsspitzenleistung und materialangepasster Pulsdauer sorgt für die kurzen Bearbeitungszeiten pro Solarzelle im Bereich weniger Sekunden. Beste Voraussetzung für eine Inline-Integration des Durchkontaktier-Vorganges in den umgebenden Fertigungsprozess.

Auch das Schneiden und Ritzen von Silizium mit dem Scheibenlaser Star-Disc bietet Vorteile im Vergleich zu anderen Bearbeitungsverfahren (Bild 2). So liegt die Schnittgeschwindigkeit erheblich höher und es gibt so gut wie keine Mikrorisse, was wiederum die Bruchrate in der weiteren Verarbeitung der Solarzelle reduziert. Beim Schneiden von typischen Solarzellendicken (200 bis 250 μm) erreicht der Scheibenlaser eine Schnittgeschwindigkeit von 100 mm/s. Beim Ritzen werden Geschwindigkeiten von 200 mm/s bei einer Ritztiefe von 400 μm realisiert. So können fertig bearbeitete Zellen ohne Effizienzverlust weiterverarbeitet werden.

Materialien werden Schicht für Schicht abgetragen

Zählt bei der Solarzellenbearbeitung der deutliche Geschwindigkeitsvorteil, so erlaubt der Scheibenlaser beim Trennen von inhomogenen Materialien gänzlich neue Laseranwendungen. Verantwortlich für die ausgezeichneten Schneidresultate bei diesen Werkstoffen ist das Multipass-Schneidprinzip. Es trägt die einzelnen Materialien Schicht für Schicht mit großer Laserleistung bei hohen Austreibungsraten und minimaler Schmelzbildung ab.

Beim lasergestützten Vereinzeln von MMC-Karten (Multimediacards) profitieren insbesondere Umwelt- und Kostenaspekte. Das zum Trennen der Kunststoffverbundwerkstoffe üblicherweise eingesetzte Wasserstrahlschneiden erfordert beträchtlichen Aufwand für die umweltgerechte Aufbereitung des mit Abrasivpartikeln versetzten Schneidwassers. Hinzu kommen verschleißbedingte Wartungs- und Reparaturkosten. Das Laserschneiden ist mit dem Star-Disc bei vergleichbarer Leistung etwa um den Faktor drei kostengünstiger. Ein weiteres Beispiel ist das Trennen und Bohren fertig verarbeiteter und endlackierter Bleche, ohne die Endlackierung zu beschädigen (Bild 3).

Der Star-Disc basiert, genauso wie Multikilowatt-Scheibenlaser, auf einer Plattformtechnik und setzt auf konsequente Modulbauweise. Die Verwendung industrieerprobter Standardkomponenten bringt deutliche Vorteile für den Anwender: geringere Investitionskosten, einfachere Wartung und höhere Zuverlässigkeit.

Richard Hendel ist Global Sales Manager Solar Technology bei der Carl Baasel Lasertechnik GmbH & Co. KG in 82319 Starnberg, Tel. (0 81 51) 7 76-3 45, Fax (0 81 51) 7 76-1 59, richard.hendel@baasel.de

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