Dünnschichtmodule im LED-Licht

Ein spezielles Prüf­verfahren für die Bewertung der Beschichtungs­eigenschaften von großflächigen Glas­substraten wird vom Fraunhofer-Center für Silizium-Photo­voltaik CSP entwickelt. Das inline-taugliche Prüf­verfahren soll beispiels­weise für die Bewertung der spektralen und optischen Eigen­schaften von Dünnschicht-Solar­modulen nutzbar sein. Auch helfen Beschichtungen von indus­triellen Halbzeugen und Produkten, spezifische Eigen­schaften wie Schutz vor Wärme und Reflexionen zu erreichen. Für die Effizienz und Leistungs­fähigkeit von Dünnschicht-Solarmodulen sind ausge­reifte Beschichtungs­technologien besonders wichtig, da hier großflächige und homogene Beschich­tungen mit elektro-optischen Funktionen benötigt werden. Die unter­schiedlichen Eigen­schaften der Schichten wie Gefüge­struktur, Rauheit, Lichtdurch­lässigkeit oder Homo­genität beein­flussen den Wirkungs­grad dieser Solar­module erheblich. Bislang ist es lediglich bei sehr kleinen Prüfkörpern möglich, diese Eigen­schaften zu bestimmen.

„Gemeinsam mit indus­triellen Anwendern entwickeln wir ein neuartiges Mess­verfahren, mit dem es möglich ist, großflächig und zerstörungs­frei die Schicht­eigenschaften von bis zu zwei Quadratmeter großen Dünnschicht­modulen zuver­lässig zu bewerten. Die Messtechnik wird inline-tauglich sein, lässt sich also in bestehende Herstellungs­prozesse inte­grieren“, sagt Ralph Gottschalg, Leiter des Fraunhofer CSP. Die Forscher nutzen neben bestehenden Mess­verfahren auch neue Analyse­methoden wie hyper­spektrale Verfahren, sodass die spektral aufgelösten Daten Rückschlüsse auf Proben­charakteristika wie Schichtdicke, Brechungs­indizes oder Absorptions­kanten bieten. Um die Skalierung auf Groß­formate zu ermög­lichen, wird eine Metro­logie-Plattform inklusive proto­typischer Mess­einrichtung entwickelt, die für den Einsatz in einer bestimmten Produktions­umgebung indivi­dualisiert werden kann. Durch die mit der Plattform gewonnenen Daten können Kunden eine bessere Prozess­kontrolle erreichen, die positiven Einfluss auf den Wirkungs­grad der Module hat.

Da das Halbzeug unter­schiedliche Anfor­derungen an die optische und elektro­optische Charak­terisierung bei der Messung bestimmter Schicht­eigenschaften stellt, werden in dem Forschungs­projekt flexible Mess­konzepte und Messkonfi­gurationen berück­sichtigt: „Um die Anwendungen auf den jeweiligen Einsatz­zweck und die zu ermittelnde Ziel­größe abstimmen zu können, erfolgen die Unter­suchungen an kleineren Substraten und Halbzeugen, die in Koopera­tion mit den Projekt­partnern gezielt mit typischen Prozess­variationen hergestellt werden“, sagt Christian Hagendorf, Projekt­leiter am Fraunhofer CSP.

Hierbei ermög­lichen LED-Beleuchtungs­einheiten eine homogene und spektral selektive Bestrahlung, sodass ein Übertrag vom Labor­maßstab auf indus­trielle Größen ohne Einbußen in der Genauigkeit gewähr­leistet ist. Die gewonnenen Erkennt­nisse im Bereich der Material­charak­terisierung, der Technologie­entwicklung und Mess­techniken lassen sich auch auf Projekte aus der Beschichtungs-, Glas- und Halbleiter­industrie übertragen, für die die am Fraunhofer CSP entwickelte Messplatt­form ebenfalls zur Verfügung steht.

Fh.-CSP / JOL