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Solarzellenproduktion mit Vakuum

Durch den Einsatz modernster Vakuumtechnologie können Solarpaneele schneller produziert und ihre Effizienz und Haltbarkeit erhöht werden.

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Vakuumanwendungen

Unsere passenden Produkte

Die Rolle von Vakuum in der Solarzellenproduktion

Die Solarindustrie bereitet den Weg für die erneuerbaren Energiequellen der Zukunft. Vakuum spielt eine Schlüsselrolle bei der zukunftssicheren Produktion von Solarpaneelen. Dabei kommt es von Anfang an zum Einsatz: Von der Herstellung des Siliziums, aus dem die Zellen bestehen, bis hin zum Laminieren der letzten Schichten.

Solarpaneele erfreuen sich sowohl bei Verbrauchern als auch bei Unternehmen großer Beliebtheit, da die Technologie immer effizienter und kostengünstiger wird. Mit der steigenden Nachfrage nach Solarpaneelen wächst jedoch auch die Notwendigkeit effizienterer Produktionsprozesse.
Vakuum ermöglicht eine schnellere Produktion sowie eine höhere Effizienz und Haltbarkeit von Solarpaneele.

Durch den Einsatz modernster Vakuumtechnologie können Solarpaneele schneller produziert und ihre Effizienz und Haltbarkeit erhöht werden.

Die Verwendung der optimalen Vakuumtechnologie bringt zudem weitere Vorteile mit sich: Die Materialverschwendung wird reduziert, und der Produktionsprozess von Solarpaneelen wird insgesamt nachhaltiger. Es wird weniger Material verschwendet, da die Beschichtungen gleichmäßig auf den Solarzellen verteilt werden.

Busch bietet optimale Vakuumlösungen für die Solarbranche.

Vakuumanwendungen in der Solarzellenproduktion

Der Einsatz von Vakuumtechnologie ermöglicht es Herstellern von Solarpaneelen, langlebige, effiziente und zuverlässige Solarpaneele zu produzieren.

Bei der Herstellung von Solarpaneelen gibt es vier wichtige Vakuumanwendungen:
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Züchtung von Siliziumkristallen unter Vakuum

Die Zellen, aus denen Solarpaneele bestehen, werden aus Silizium hergestellt, einem auf der Erde reichlich vorhandenen Element. Es findet sich in fast allen Gesteinen, natürlichen Sandstränden und Böden, allerdings immer in Verbindung mit anderen Elementen – meist Sauerstoff.

Für Solarpaneele wird aber reines Silizium benötigt. Für seine Herstellung wird Polysilizium, eine hochreine Form von Silizium, geschmolzen und ein Impfkristall eingeführt. Im geschmolzenen Zustand ist Silizium allerdings besonders reaktiv. Gasmoleküle, Staubpartikel und andere Verunreinigungen können reagieren und das Wachstum von Siliziumkristallen stören, was letztlich ihre Leistung und die Effizienz der Solarzelle beeinträchtigt.

Mit einem Vakuumsystem wird die gesamte Luft aus der Prozesskammer abgesaugt. Im Vakuum hat das Silizium nichts mehr, womit es reagieren könnte, sodass der Kristall frei von Verunreinigungen bleibt.

In dieser kontaminationsfreien Umgebung kann reines Silizium gezüchtet werden. Es beginnt, sich auf dem Impfkristall zu bilden. Der Kristall wird langsam aus dem geschmolzenen Silizium herausgezogen. Dabei entsteht ein langer Stab, der in hauchdünne Wafer mit einer Dicke von etwa 200 µm geschnitten werden kann.

Bestimmte Verunreinigungen sind jedoch notwendig. Bei der Dotierung werden winzige Mengen eines anderen Elements, in der Regel Bor oder Phosphor, eingebracht, um den Siliziumwafer zu erzeugen. Diese verbinden sich mit den Siliziumatomen und erzeugen „freie Elektronen“, die Strom über den Stromkreis übertragen können. Auf diese Weise wird aus reinem Silizium, einem Isolator, ein Halbleiter.
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Load-Lock-Kammern

Mehrere kritische Stufen der Solarzellenproduktion finden in einer Vakuumkammer statt, um eine stabile, kontaminationsfreie Umgebung für die empfindlichen Siliziumwafer zu schaffen.

Damit die Wafer jedoch keiner plötzlichen Druckänderung ausgesetzt sind, wenn sie aus einer Umgebung, in der atmosphärische Bedingungen herrschen, in die Hauptkammer eingebracht werden, ist eine Zwischenstufe – die Load-Lock-Kammer – erforderlich. Sie erfüllt eine ähnliche Funktion wie die Luftschleuse an der Tür eines Raumfahrzeugs und bildet beim Be- und Entladen der Wafer einen Puffer zwischen den beiden Kammern.

In der Load-Lock-Kammer wird der atmosphärische Umgebungsdruck reduziert und auf das Vakuumniveau der Hauptkammer gebracht. Auf diese Weise verliert die Hauptkammer niemals an Druck, was schnelle Zykluszeiten und weniger Verunreinigungen gewährleistet.

Passende Produkte für Load-Lock-Kammern
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Beschichtungsprozesse

Solarzellen werden mit verschiedenen Materialien beschichtet. Je nach Material und Technik kann die Beschichtung unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Durch den Einsatz von Vakuum wird sichergestellt, dass das Beschichtungsmaterial gleichmäßig verteilt wird, frei von Luftblasen ist und eine gleichmäßige Dicke hat. All dies erhöht die Effizienz der Solarzellen.

Bei der Herstellung von Solarpaneelen kommen zwei verschiedene Beschichtungsverfahren zum Einsatz: die physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition – PVD) und die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (plasma-enhanced chemical vapor deposition – PECVD). Bei beiden handelt es sich um Dünnschichtabscheidungstechniken, die jedoch mit unterschiedlichen Methoden und für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden. Bei einem PVD-Verfahren kondensiert der Dampf auf dem Substrat und bildet so die Beschichtung. Beim PECVD-Verfahren hingegen kommt es zu einer chemischen Reaktion des Dampfes auf dem Substrat, wodurch ein dünner Film entsteht.

Bei der Herstellung von Solarpaneelen wird PVD in der Regel zum Aufbringen einer physikalischen Schicht, z. B. einer Schutzschicht, verwendet, um die Solarzelle vor den Elementen zu schützen.

Passende Produkte für PVD-Beschichtung

PECVD wiederum wird eingesetzt, wenn bestimmte chemische und elektrische Eigenschaften erforderlich sind, wie z. B. für das Aufbringen einer Antireflexschicht. Dadurch werden die Solarpaneele effizienter, da die Zellen Lichtteilchen einfangen und so Strom erzeugen können. Erfahren Sie mehr darüber, wie Beschichtungsprozesse funktionieren.

Passende Produkte für PECVD-Beschichtung
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Laminieren von Solarmodulen

Eine hochwertige Laminierung ist für die Langlebigkeit von Solarmodulen entscheidend. Bei diesem Verfahren werden mehrere Schichten von Wafern miteinander verbunden, darunter eine Glasabdeckung und eine schützende Rückwandfolie.

Mithilfe von Vakuum werden jegliche Lufteinschlüsse zwischen den Schichten entfernt, sodass eine dichte Verbindung entsteht und das Risiko einer Delaminierung, die im Laufe der Zeit die Effizienz der Solarmodule verringern könnte, ausgeschlossen wird.

Passende Produkte für die Laminierung

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Wir entwickeln Ihre maßgeschneiderte Vakuumlösung.

Unsere passenden Produkte

Unsere Vakuumlösungen sind in großen Produktionsstätten für Solarpaneele im Einsatz. Auf der ganzen Welt. Sie sind für ihre Zuverlässigkeit bekannt. In allen Stufen der Produktion von Solarpaneelen.

 
PVD-Beschichtung
CVD/PECVD-Beschichtung
Laminierung
Load-Lock-Kammer
 
COBRA NX
PANDA WV
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(Load-Lock-Kammer)
 
 
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COBRA NX
PUMA WY
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(Prozesskammer)
 
 
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COBRA DS
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(Load-Lock-Kammer / Prozesskammer)
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COBRA NC
PANDA WV
 
 
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(erste Kammer)
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COBRA NX
PANDA WV
 
 
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(zweite Kammer)
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MINK MM
 
 
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COBRA NX
PANDA WV
 
 
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Erfahren Sie mehr über die Solarzellenproduktion mit Vakuum

Was ist der Unterschied zwischen einer Solarzelle und einem Solarpaneel?

Im Zusammenhang mit Solarenergie sprechen wir in der Regel von Solarpaneelen. Jedoch ist ein Solarpaneel nicht das kleinste Bauteil. Das kleinste Bauteil ist die Solarzelle oder Photovoltaikzelle. Sie besteht aus zwei Halbleiterschichten, sogenannten Wafern. Wenn mehrere Solarzellen parallel geschaltet werden, bilden sie ein Solarmodul. Diese werden als ein Objekt gekapselt und versiegelt.

Ein oder mehrere Solarmodule, die zu einer installierbaren Einheit zusammengefasst sind, bilden ein Solarpaneel. Und eine Solaranlage besteht aus mehreren in Reihe oder parallel geschalteten Solarpaneelen. Ihre Größe kann von einigen wenigen Modulen bis hin zu mehreren Hektar reichen.

Wie werden Solarpaneele hergestellt?

Der Fertigungsprozess von Solarpaneelen, die auch als Photovoltaik-Paneele (PV-Panels) bezeichnet werden, besteht aus mehreren Schritten, darunter die Herstellung von Siliziumwafern, die Verarbeitung der Zellen und die Modulmontage.

Das gängigste Verfahren zur Herstellung von Solarpaneelen umfasst die folgenden drei Vakuumanwendungen:

  • Züchtung von Siliziumkristallen: Quarzsand (SiO2) wird zusammen mit einem Reduktionsmittel (Kohlenstoff) in einem Ofen bei hohen Temperaturen erhitzt. Die Sauerstoffmoleküle im Sand verbinden sich mit dem Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid (CO) und lassen reines geschmolzenes Silizium zurück. Ein Impfkristallstab wird auf das Silizium gelegt und langsam nach oben gezogen. Durch diesen Vorgang und die Drehung des Stabs entsteht ein Silizium-Barren, der sogenannte Silizium-Ingot. Um das Eindringen von Verunreinigungen in den Siliziumkristall zu vermeiden, erfolgt dieser Prozess unter Vakuum. Anschließend wird der Silizium-Ingot in papierdünne Scheiben, sogenannte Siliziumwafer, geschnitten.
  • Beschichtungsprozesse: Je nach Art des herzustellenden Solarpaneels durchlaufen die Siliziumwafer verschiedene chemische Prozesse, bevor sie zu Solarzellen verarbeitet werden. Da reines Silizium glänzend ist, sind die Zellen reflektierend. Daher wird unter Vakuum eine Antireflexschicht auf ihrer Oberfläche aufgebracht.
  • Laminierung von Solarmodulen: Mehrere Solarzellen werden über Metallverbinder zu einem Solarmodul zusammengefügt. Auf das Modul wird eine dünne Glasschicht gelegt, und die Rückwand besteht aus einem sehr haltbaren Material auf Polymerbasis. Durch den Einsatz von Vakuum wird sichergestellt, dass sich keine Luft mehr zwischen den Schichten befindet. Auf diese Weise werden Festigkeit und Langlebigkeit des fertigen Moduls gewährleistet.

Gibt es verschiedene Arten von Solarpaneelen?

Es gibt vier Hauptarten von Solarpaneelen:

  • Monokristalline Paneele, auch einkristallinePaneele genannt, werden durch Züchtung eines einzelnen reinen Siliziumkristalls hergestellt, der in mehrere Wafer geschnitten wird. Sie eignen sich ideal für Standorte mit begrenztem Platzangebot. Selbst in Gegenden mit wenig Sonnenlicht können diese Solarpaneele ein Maximum an Energie sammeln.
  • PERC-Paneele, das heißt Paneele, die über Zellen mit passivierter Emissionselektrode und Rückseite (Passivated Emitter And Rear Cell – PERC) verfügen, sind eine modifizierte Version monokristalliner Paneele, die jedoch eine höhere Effizienz aufweisen. Sie sind auf der Rückseite mit einer zusätzlichen reflektierenden Schicht versehen. Dadurch können sie zusätzliche Photonen einfangen und mehr Solarenergie erzeugen als ein herkömmliches Paneel.
  • Polykristalline oder multikristallineSolarpaneele bestehen aus mehreren Siliziumkristallen. Wafer werden durch das Zusammenschmelzen einer Reihe von Siliziumfragmenten hergestellt. Diese Mischung wird dann in eine Form von der Größe einer Solarzelle gegossen. Das macht polykristalline Paneele umweltfreundlicher, da bei ihrem Formungsprozess wenig bis gar kein Material verschwendet wird. Innerhalb dieser Kategorie kann zwischen den beiden folgenden Arten unterschieden werden:
    • Tunneloxid-passivierter Kontakt (Tunnel oxide passivated contact – TOPCon): Auf der Rückseite der Zelle wird eine hauchdünne Oxidschicht aufgebracht. Dadurch kann die Zelle höhere Stromspannungen verarbeiten und die Stromerzeugung steigern. TOPCon-Zellen sind auch effizienter als PERC-Zellen, insbesondere bei schwächeren Lichtverhältnissen.
    • Heterojunction (HJT): Diese Zellen bestehen aus drei Schichten von photovoltaischem Material. Sie verwenden zwei verschiedene Zelltechnologien, polykristallines Silizium und Dünnschichtsilizium, die zusammenwirken und Strom erzeugen. HJT-Zellen werden in der Regel zu größeren Modulen kombiniert als andere Zelltechnologien und können hohe Wirkungsgrade erreichen.
  • Dünnschicht-Solarpaneele bestehen aus mehreren Schichten. Diese Schichten sind so dünn, dass sie flexibel sind. Die Paneele sind leichter und einfacher zu montieren, da sie keinen Stützrahmen benötigen. Dünnschicht-Solarpaneele werden nicht aus Silizium, sondern aus Cadmiumtellurid (CdTe), amorphem Silizium (a-Si) und Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS), auch Perowskit genannt, hergestellt. Sie sind effizienter als HJT-Zellen.

Bei jeder Art von Solarpaneel kommt Vakuum in unterschiedlichen Stufen des Herstellungsprozesses zum Einsatz. Je nach Art kann dies während des Silizium-Wachstums, der Beschichtung oder des Laminierens oder in allen drei Stufen der Fall sein.

Aus welchem Rohmaterial werden Solarpaneele hergestellt?

Zur Herstellung von Solarpaneelen wird Quarzsand, auch als natürlicher Strandsand bekannt, verwendet. Aus diesem Sand kann reines Silizium gewonnen werden, das wichtigste Material für die Produktion von Solarpaneelen. Reines Silizium ist im geschmolzenen Zustand extrem reaktiv, daher wird es unter Vakuum verarbeitet, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Siliziumkristall eindringen.