Anwendung & Systemlösung Anwendungsbereiche Solarzellenproduktion

Temperaturmessung bei der Solarzellenherstellung

Bei der Herstellung von Solarzellen werden drei verschiedene Bauformen unterschieden:

Monokristalline
Polykristalline
Dünnschichtzellen

Die Bauformen unterscheiden sich in den Herstellungsverfahren:

Monokristallines Silizium wird aus hochreinem Silizium hergestellt, indem Einkristallstäbe aus der Schmelze gezogen und nach Erstarrung in dünne Scheiben - sog. Wafer - zersägt werden.

Polykristalline Zellen entstehen aus in Blöcke gegossenem Silizium. Auch diese Blöcke werden nach der Erstarrung in Scheiben zersägt.

Dünnschichtzellen werden großflächig durch das Aufdampfen von Material auf ein Träger-material/Substrat wie beispielsweise Glas, Metall oder Kunststoff hergestellt.

Nach dem Herstellungsprozess der Zellen werden diese zu Modulen weiterverarbeitet. Dabei werden die einzelnen Scheiben/Zellen über Verbinder elektrisch in Serienschaltung miteinander verbunden.
Bei allen Herstellungsverfahren kommt der akuraten Temperaturinformation für die Prozesskontrolle eine besondere Bedeutung zu. Die thermisch emittierte Strahlung ist eine geeignete Quelle für diese Information und die Pyrometrie ist eine bewährte Technik, um Oberflächentemperaturen zu messen.

Schmelztemperaturmessung bei der Einkristallzüchtung

Während des sog. Tiegelziehens wird polykristallines Reinstsilizium auf die Schmelztemperatur von 1420°C eingeschmolzen. Ein an einem langsam rotierenden Metallstab befestigter Impfkristall wird von oben mit der Spitze in die Schmelze eingetaucht und langsam nach oben gezogen. Dabei erstarrt die Schmelze infolge Unterkühlung an der Grenzfläche. Diesen Temperaturübergang überwacht ein berührungslos messendes Pyrometer.

Heiztemperaturregelung bei der Einkristallzüchtung

Beim Czochralski-Verfahren wird polykristallines Reinstsilizium in einem Tiegel auf eine Schmelztemperatur von 1420°C eingeschmolzen. Dabei sorgen Heizsysteme an der Seite des Tiegels für kontrollierte Kristallisation und berührungslos messende Pyrometer dienen der Temperaturüberwachung und –regelung.

Erstarrung der Schmelze nach dem VGF-Verfahren

(Vertical-Gradient-Freeze)

Die Erstarrung des eingeschmolzenen Siliziums beginnt mit der Verschiebung des Temperaturgradienten von unten nach oben. Zur Messung der Erstarrungstemperatur ist der Einsatz eines berührungslos messenden Pyrometers sinnvoll.

Erstarrung der Schmelze nach dem Brigman-Verfahren

Die Erstarrung des eingeschmolzenen Siliziums beginnt mit der Bewegung des Tiegels aus dem Temperaturfeld. Beim sog. Brigman-Verfahren misst ein Pyrometer berührungslos die Erstarrungstemperatur.

Dünnschicht auf Glas

Bei der Herstellung von Dünnschichtzellen wird eine Kupfer-Indium-Diselenid-Schicht (CIS-Verfahren) unter Vakuum auf ein Trägermaterial Glas aufgedampft. Die Temperatur des Sputterprozesses wird mittels eines Pyrometers überwacht.

Messung der Antireflex-Beschichtung

Um die Stromausbeute der Solarzellen zu erhöhen, wird mittels Dünnschichtverfahrens eine Antireflexionsschicht großflächig auf das Silizium aufgetragen. Die Temperaturmessung auf Silizium im Bereich von 300°…500°C mit Hilfe von Pyrometern ist nicht trivial, aber dennoch realisierbar.

Kontaktierung der Zellen durch Laserlöt-Technologie

Die Kontaktierung der Zellen erfolgt in einem weiteren Schritt nach der Solarzellenfertigung. Während die Rückseite ganzflächig als Kontaktfläche zur Verfügung steht, werden auf der Frontseite dünne „Strings“ verwendet, die möglichst wenig Lichtab-schattung bewirken. Die Temperatur beim Kontaktieren der Laserlötung wird mit Hilfe eines Pyrometers überwacht.

Kontaktierung der Zellen durch induktives Löten

Im Anschluss an den Herstellungsprozess der mono- oder polykristallinen Solarzellen wird zur Kontaktierung neben dem konventionellen Löten neuerdings auch das induktive Lötverfahren eingesetzt. Eine Temperaturüberwachung ist bei dieser Applikation unabdingbar.

Kontaktierung der Zellen durch Infrarotlöten

Ein weiteres spezifisches Kontaktierungsverfahren der einzelnen Solarzellen stellt die Kontaktierung mittels Infrarotlöten dar. Das Messen der Temperatur erfolgt in diesem Falle ebenfalls mittels infraroter Strahlung.