Laseranwendungen für mono- und polykristalline Solarzellen

Bohren von Wafern

Die Effizienz von Solarzellen kann durch Entfernen der Vorderseitenkontakte erhöht werden, die sonst beträchtliche Bereiche der aktiven Flächen der Solarzelle abdecken. In so genannten EWT- und MWT-Konzepten werden die elektrischen Kontakte von der Vorderseite auf die Rückseite des Wafers transferiert. Hierzu werden Löcher verschiedener Größen gebohrt. Durch Perkussionsbohren lassen sich Lochdurchmesser von 30-100 µm erreichen.

Größere Lochdurchmesser erfordern eine relative Bewegung zwischen Laserstrahl und Wafer (Trepannieren, Schneiden). Extrem hohe Abtragraten lassen sich mit dem gütegeschalteten Scheibenlaser mit sehr hoher TEM00-Durchschnittsleistung erzielen. Scheibenlaser erreichen Bearbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 5000 Löchern pro Sekunde beim Perkussionsbohren und bis zu 25 Löcher pro Sekunde beim Trepannieren.

Schneiden von Wafern

Mono- und polykristalline Siliziumwafer können mit sehr hoher Präzision und geringer Wärmeeinbringung mit demselben Abtragprozess wie beim Kantenisolieren und –bohren schnell geschnitten werden. In der Vergangenheit wurden blitzlampengepumpte Nd:YAG Laser verwendet, um geschnittenes Silizium in einem einzigen Schritt unter Zuhilfenahme eines koaxial verlaufenden Gasstrahls zu trennen. Aufgrund der schnellen Abkühlung der geschmolzenen Schicht an der geschnittenen Kante sind Mikrorisse entstanden. Neue Methoden haben gezeigt, dass durch den so genannten Multi-pass-Trennprozess ohne die Verwendung von Arbeitsgas die Kanten eine bessere Oberflächenqualität aufweisen.

Mit dem gütegeschalteten Scheibenlaser lassen sich typische Schneidgeschwindigkeiten von bis 150 mm/s bei einer Waferdicke von 0,2 mm erzielen. Bei Waferdicken größer als 400 µm und in automatisierungsarmen Produktionsumgebungen werden Siliziumwafer nicht komplett geschnitten sondern bis auf eine Tiefe von 30-50 % der Dicke graviert. Um die Wafer zu trennen, ist anschließendes entweder manuelles oder vollautomatisches Brechen erforderlich. Typische Ritzgeschwindigkeiten liegen bei 50-300 mm/s.