SALD: Neue Plasma-Atombeschichtung für Solarzellen

SALD BV aus Eindhoven meldet einen technologischen Durchbruch: Erstmals ließen sich derart dünne Schichten bei Raumtemperatur auftragen. Das Technologie-Start-up hat ein neuartiges Verfahren entwickelt. Es soll dreidimensionale atomare Beschichtungen („Spatial Atomic Layer Deposition“, kurz SALD) in industriellem Plasma herstellen die zum Beispiel in der Batterie- und Solarzellen-Fertigung nutzbar sind.

Die Methode mit der Bezeichnung „Plasma Enhanced SALD“ (PE-SALD) stellt nach Unternehmensangaben einen Durchbruch dar, weil sie der industriellen Nutzung der SALD-Technologie in der Massenproduktion den Weg ebne. Durch das Auftragen der Atombeschichtungen in einer Plasma-Umgebung werde der industrielle Einsatz stark vereinfacht. Denn die technischen Prozesse könnten bereits bei Raumtemperatur laufen. Dadurch werde die SALD-Nutzung um ein Vielfaches kostengünstiger, wodurch die industrielle Anwendung etwa in der Halbleiterfertigung, der Solarzellenproduktion, bei optischen Linsen und in der Verpackungsindustrie vorangetrieben werde.

Effizientere Solarzellen

Als Beispiele nennt die SALD BV deutlich effizientere Solarzellen, verbesserte optische Filter und Anti-Reflektionsbeschichtungen, robustere Displays für Smartphones und hauchdünne Verpackungsfolien, die sich rückstandsfrei entsorgen ließen.

„Seit Jahrzehnten träumen Fertigungsingenieure davon, SALD in der Produktion einzusetzen. Jetzt überschreiten wir diese Schwelle und bringen die atomare Beschichtungstechnologie aus dem Labor in die Industrie, also from Lab to Fab“, erklärt Frank Verhage, CEO der SALD BV, stolz. PE-SALD hat seine Wurzeln in der ALD-Beschichtungstechnik. Bei ALD handelt es sich um das Ursprungsverfahren „Atomic Layer Deposition“. Mit diesem lässt sich eine Schicht von der Dicke eines einzelnen Atoms (etwa 1,1 Angström bzw. 0,00000011 Millimeter) auftragen.

Beinahe unendliches Funktionsspektrum

Beim SALD-Verfahren – das „S“ steht für „spatial“, also räumlich – wird ein Trägermaterial dreidimensional mit mehreren atomdünnen Schichten überzogen. Mit jeder Schicht lassen sich jeweils andere Materialien aufbringen, so dass es zu chemischen Reaktionen der Substanzen kommt. Bei den Oberflächen­materialien kann es sich beispielsweise um Metalle, Oxide, Nitride, Sulfide, Fluoride oder andere Stoffe handeln. Durch die Vielzahl der möglichen Kombinationen ergibt sich ein beinahe unendliches Funktions­spektrum. Es hängt davon ab, welche Materialien die forschenden Unternehmer in welcher Reihenfolge und in wie vielen Schichten auftragen. In dem dreidimensionalen Multilayerverfahren lassen sich auf beinahe beliebigen Oberflächen funktional völlig unterschiedliche Substanzen, komplexe Verbindungen, Polymere und hybride organische und anorganische Materialien erzeugen.

Kleiner als Apples neueste Chipgeneration

Daraus resultiert nach Darstellung des niederlänischen Start-ups ein extrem breites industrielles Einsatzfeld der SALD-Technologie. Es reicht von der Chipfertigung über Batteriezellen, Solarzellen, Textilien, Membranen und Medizinprodukte bis hin zu hauchdünnen reißfesten Folien für Verpackungen. Trotz der hohen Funktionalität sind die entstehenden Oberflächen extrem dünn. Neun aufeinander aufgebrachte Schichten besitzen eine Dicke von etwa 1 Nanometer (0,000001 Millimeter). Sie sind also immer noch fünfmal kleiner als etwa die Chipstrukturen in Apples neuester Prozessorgeneration.

Plasma macht den Unterschied

Durch die Plasma-Umgebung kann die Fertigung der Nanobeschichtungen bei atmosphärischem Druck und Raumtemperaturen ab 25 Grad Celsius erfolgen. Bislang war für die industrielle Fertigung derart dünner Oberflächenstrukturen eine Produktionstemperatur von mindestens 150 Grad Celsius erforderlich. Dank der Absenkung können neue Stoffe als Trägermaterial zum Einsatz gelangen. So lassen sich völlig neue Anwendungsgebiete erschließen, und der SALD-Einsatz wird in deutlich mehr Industriezweigen möglich.

Unter anderem stieß die Technologie bislang beim Auftragen von Siliziumdioxid (Silicia, SiO2) auf Hindernisse. Es sei denn, ein spezieller Siliziumausgangsstoff wurde in Kombination mit einem bestimmen Reaktionspartner (Co-Reaktanten) verwendet. Diese Einschränkung überwindet das neuartige „Plasma Enhanced SALD“-Verfahren (PE-SALD) vollständig. Denn das Plasma kann hochreaktive Gase wie Ozon, atomaren Sauerstoff und Stickoxid erzeugen, die beim SALD-Prozess als Reaktionspartner fungieren.

Darüber hinaus ermöglicht PE-SALD die Herstellung hauchdünner Beschichtungen aus Edelmetallen wie Silber und Platin sowie Metallnitriden. Beim neuen PE-SALD-Verfahren arbeitet die SALD BV eng mit der Softal Corona & Plasma GmbH in Hamburg zusammen, die seit über 60 Jahren als weltweite Spezialfirma für die Oberflächenbehandlung aktiv ist.

Revolution für die PV-Industrie

„Plasmasysteme sind äußerst robust und arbeiten rund um den Globus im 24/7-Betrieb in großen Produktionsanlagen“, erläutert SALD-Chef Frank Verhage: „Die Einbindung der SALD-Technologie in diese Fertigungsprozesse stellt einen Durchbruch für den industriellen Einsatz dar.“

SALD (www.spatialald.com) hat mit „Spatial Atomic Layer Deposition“ ein weltweit einzigartiges, patentiertes Verfahren entwickelt, im industriellen Maßstab Beschichtungen aufzutragen, die so dünn sind wie ein einziges Atom. Das Unternehmen hofft, damit ganze Industrien, unter anderem die Batterie- und die Solarenergiebranche revolutionieren zu können.

27.1.2021 | Quelle: SALD BV
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