Ziel der Entwicklung
Der weltweite Ausbau der Stromerzeugung durch Photovoltaik-Anlagen ist in den letzten Jahren stetig gewachsen und wird auch in den nächsten Jahren weiter zunehmen. Dadurch konnten die in den letzten beiden Jahren bestehenden Überkapazitäten an Solarwafern, -zellen und -modulen abgebaut werden. Die Nachfrage ist zurzeit so groß, sodass für die nächsten Jahre mit deutlich anwachsenden Investitionen in die Ausrüstung zur Herstellung von Solarzellen gerechnet wird. Obwohl die Prognosen für die Solarindustrie günstig sind, stehen die Produkte weiterhin unter einem starken Kostendruck. Analysten rechnen mit weiter fallenden Kosten. Um den Anforderungen an geringe Kosten zu genügen, ist eine der weiter verfolgten Wege die Reduktion der Waferdicke und damit die Steigerung der Materialeffizienz. Der Wirkungsgrad der Solarzellen wird auch bei Dicken unter 100 Mikrometer nicht eingeschränkt. Wafer mit Dicken unter 100 Mikrometer werden als ultradünne Wafer bezeichnet.
Zur Herstellung dieser Wafer werden Verfahren entwickelt, die den Einsatz neuer Automatisierungstechnik erfordern. Im FuE-Projekt sollte das Handhabungsproblem ultradünner Wafer durch eine Kombination berührender und berührungsloser fluiddynamischer Kraftübertragung gelöst werden. Avisierte Einsatzgebiete des Handhabungssystems sind die Wafer- und Zellenfertigung der Halbleiter- und Photovoltaikindustrie. Ultradünne Wafer zeichnen sich durch Eigenschaften aus, die die Anwendung von Handhabungseinrichtungen konventioneller "dicker" Wafer nicht gestatten. Dazu gehören neben der Zerbrechlichkeit die starke Verformung durch Spannungen und Verformungen unter dem Einfluss der Schwerkraft, überhandnehmen von Adhäsionskräften sowie scharfe Kanten. Ziel des FuE-Projektes war daher die Entwicklung eines Greifersystems mit automatischer Formkorrektur für ultradünne Siliziumwafer und -zellen.
Vorteile und Lösungen
Das Hauptziel des FuE-Antrages, die Entwicklung eines Greifersystems für die Handhabung ultradünner Wafer und Solarzellen in automatisierten Fertigungslinien, konnte erreicht werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit dem entwickelten Handhabungskonzept auch deformierte Wafer sicher gegriffen und transportiert werden können. Die verwendeten Materialien, sowie Verfahren auf Basis von Druckluft, sind reinraumtauglich und verursachen keinerlei Verunreinigung auf den Solarwafern. Es können quasiquadratische Solarwafer mit einer Kantenlänge von 156 Millimetern bewegt werden. Für größere Wafer kann das Verfahren skaliert werden. Die Klassifizierung der Wafer auf Grundlage der ermittelten Topographie erfolgt mit Algorithmen der Bildverarbeitung.
Die Zielgruppe für das entwickelte Greifersystem ist die Photovoltaik-Industrie, insbesondere die Hersteller von Solarwafern und Solarzellen. Weitere Anwendungsbereiche und Zielgruppen ergeben sich aus den möglichen Weiterentwicklungen des Greifersystems. Es ist für alle Anwendungen geeignet, bei denen empfindliche und flache Gegenstände transportiert und positioniert werden müssen. Solche Abläufe finden sich beispielsweise bei der Herstellung von Energiespeichern und Brennstoffzellen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Der ITW e. V. ist Mitglied im Forschungsnetzwerk "Sächsischer Photovoltaik-Automatisierungscluster S-PAC". Im Rahmen dieses Wachstumskernes kann der ITW. e. V. für den Transfer von Forschungsergebnissen in die industrielle Anwendung auf Partnerunternehmen aus dem Bereich der Photovoltaik zurückgreifen. In den beteiligten Unternehmen, zum Beispiel Roth & Rau – Ortner GmbH, wird dasentwickelte Greifersystem direkt vorgestellt. Die im Netzwerk beteiligten Forschungsunternehmen, wie beispielsweise das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP Halle, bieten eine Plattform um in Workshops, Statuskonferenzen oder Tagungen die Ergebnisse und Erfahrungen Vertretern der Industrie vorzustellen.
Die Fertigung und der Vertrieb der entwickelten Lösung sollen durch ein Drittunternehmen erfolgen. Hier wird die strategische Zusammenarbeit mit einem Anlagenbauer angestrebt. Aktuell laufen in diesem Zusammenhang die Gespräche mit dem Unternehmensbündnis S-PAC. Hier haben sich die Anlagenbauer SITEC, XENON und USK mit Firmen der Unternehmensgruppe Meier Burger zusammengeschlossen, um weltweit Automatisierungslösungen für die Photovoltaik anzubieten.