El Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE ha desarrollado un sistema basado en la combinación inteligente de procesamiento ‘sobre la marcha’ con tecnología de escaneo ultrarrápido, fuentes láser ultrarrápidas, óptica de alta gama y tecnología de sensores con un rendimiento efectivo de más de 15.000 obleas por hora.
La creciente demanda de tecnologías de energía renovable ha provocado que cada vez se produzcan más obleas de silicio al día en todo el mundo para la industria fotovoltaica. Al mismo tiempo, la industria está convirtiendo su producción a formatos de obleas más grandes.
La producción de estas células solares con una longitud de borde de hasta 210 milímetros con la misma calidad y velocidad de ciclo plantea nuevos desafíos para los fabricantes de sistemas, especialmente para el procesamiento láser. Los investigadores de Fraunhofer ISE han desarrollado este nuevo sistema para garantizar que la producción de obleas no se convierta en un cuello de botella en el futuro.
La característica especial del diseño del demostrador es que las piezas de trabajo grandes se pueden procesar muy rápidamente y con un tamaño de estructura pequeño. El sistema proporciona un gran campo de visión, un procesamiento rápido, y estructuras finas al mismo tiempo.
El demostrador procesa formatos de obleas de tamaño M12 como máximo (210 x 210 milímetros) con estructuras de menos de 15 micrómetros, un 30% más pequeño en comparación con las estructuras realizadas en los sistemas actuales, que también trabajan con longitudes de onda en el rango UV. En comparación con los sistemas basados en longitudes de onda IR más comunes, las estructuras son incluso tres veces más pequeñas.
En el caso de las aberturas de contacto ablacionadas con láser, por ejemplo, la anchura reducida conduce a trayectorias de conductor más estrechas, lo que reduce drásticamente el consumo de material para la metalización.
Desarrollo del prototipo láser
Para construir el prototipo, Moewe Optical Solutions GmbH construyó un escáner poligonal ultrarrápido para longitudes de onda UV con una frecuencia de línea de hasta 1.800 líneas por segundo. El uso del escáner de polígonos permite procesar las obleas de 10 a 20 veces más rápido de lo que es posible con los escáneres de galvanómetros convencionales, según afirman los investigadores.
Por su parte, EdgeWave GmbH desarrolló un láser UV que permite una alta tasa de repetición de hasta 10 MHz con una energía de pulso máxima de 5,6 microjulios y secuencias de pulso más arbitrarias. La realización de una función de ‘pulso bajo demanda’ resulta esencial para los crecientes requisitos en el procesamiento de materiales por láser.
Con el fin de liberar el potencial del escáner y el láser ultrarrápidos, Fraunhofer ISE integró ambos componentes junto con ópticas de alta gama, un eje y una guía de haz para formar un nuevo sistema. Actualmente se están probando nuevos regímenes de proceso con la configuración, y se está determinando el aumento del rendimiento.
En la fase de desarrollo posterior se trabajará en la sincronización y la precisión absoluta de los componentes del sistema, que deben tenerse especialmente en cuenta dada una velocidad tan alta y estructuras pequeñas.