Das Verfahren von Essemsolar und PV-Lab nutzt das gleiche Sieb für die erste und die zweite Schicht. Für den zweiten Druck wird das Sieb um einige Mikrometer nach oben verschoben
(oder das Substrat nach unten, je nachdem). Der Druckkopf regelt nicht mehr einen vorgegebenen Rakeldruck oder die Aufpress-Kraft, sondern auf eine genau definierte Wegstrecke in
der Vertikalen. Auf diese Weise ist der Abstand zwischen Sieb und Substrat mikrometergenau regelbar. Es gibt keine seitlichen Ausquetschungen mehr und die Schichtdicke ist
kontrollierbar. "Natürlich erfordert dieser Prozess eine perfekte Planparallelität von Rakel, Sieb und Substrat, und er stellt auch besondere Anforderungen an den Vertikalantrieb
des Druckkopfes", betonen die Projektpartner. Normale Drucker seien dafür nicht geeignet, der SP900-S sei jedoch dahingehend optimiert worden.
Rakel brauchen Stütze
Die Vertikalachse des SP900-Druckkopfes ist mit einem kraftvollen aber hoch auflösenden Schrittmotorantrieb ausgerüstet mit dem sich die Rakelhöhe auf wenige Mikrometer genau
regeln lässt. Ebenso kann auch der Drucktisch, auf dem das Trägermaterial fixiert ist, exakt auf Höhe gefahren werden. Das einzig Ungenaue sind die Rakel, aber auch dieses Problem
lösten die Ingenieure. Normalerweise haben Siebdruck-Rakel grosse Toleranzen was die Verformung unter Druck angeht. Diese Toleranzen machen selbst die genauste Regelung zunichte.
Deshalb wurden die so genannte Backbone-Rakel entwickelt. Diese funktionieren so: Eine massive Stütze schränkt die Rakel-Verformung ein, so dass nur die vorderste Rakelkante noch
die Elastizität behält, die für den Siebdruck benötigt wird.
Der SP900-S ist besonders robust konstruiert und verfügt über auch über ein spezielles Dämpfungssystem, das den Drucktisch vom äusseren Rahmen schwingungstechnisch entkoppelt. Die
Druckgenauigkeit von wenigen Mikrometern erforderte auch hier aussergewöhnliche Lösungen von den Maschinenkonstrukteuren. Am PV-Lab wurden verschiedenste Materialien auf Ihre
Prozessfähigkeit hin untersucht, so auch die Drucksiebe. Für den Feinst-Siebdruck ist ein Gewebe erforderlich, das sehr feinmaschig ist und sich unter Druck nicht verformt.
Aktuell setzt Essemsolar auf das Vecry-Gewebe, das die Vorteile von Edelstahl und synthetischen Fasern vereint.
Ausblick
Die einzigartig schmalen und hohen Leiterbahnen auf den Solarzellen haben nicht nur die Forscher am PV-Lab einen großen Schritt weiter gebracht. Mit der SP900-S steht der
Industrie jetzt eine Maschine zur Verfügung, die in der Praxis entwickelt worden ist. Sie zeichnet sich laut Essemsolar durch die kompakte Bauweise mit kleiner Standfläche aus,
die einfache Bedienung, die hohe Flexibilität und die niedrigen Wartungskosten. Der Solarzellen-Drucker eigne sich hervorragend für den Einsatz in Pilotlinien, Labors und
Kleinserien-Produktionen.
Den Heterojunction-Solarzellen, die am PV-Lab entwickelt werden, erreichen bereits einen Wirkungsgrad von 20 % und sind anderen Zellen auch bei den Herstellkosten bereits heute
überlegen, so die Projektpartner. Doch die Entwicklung sei noch lange nicht abgeschlossen. Die Projektpartner arbeiten an einer weiteren Halbierung der Strukturbreite auf unter 25
µm, um die aktive Fläche noch weiter zu maximieren. Die Photonenjagd geht weiter.
Autor: Adrian Schärli, Azular GmbH, Redaktion Solarserver: Rolf Hug
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