Bis zur Hochzeit

Ident-/Codiersysteme - Unzählige Arbeitsschritte sind erforderlich, bis Solarmodule auf Glasträgern vollendet sind. Wie aber lassen sich die unzähligen Prozessdaten bloß lückenlos dokumentieren?

28. Februar 2008
Bild 1: Bis zur Hochzeit
Bild 1: Bis zur Hochzeit

Insider wissen: Halbleiterplatten auf Glasträgern herzustellen, ist komplex und schwierig und umfasst viele einzelne Prozessschritte. Einer der Hersteller, die sich auf dieses Unterfangen eingelassen, ist Würth Solar aus Schwäbisch Hall. Das Unternehmen produziert seit Oktober 2006 Solarmodule mit CIS-Technologie in Serienfertigung. Als weltweit erster Hersteller entwickelte Würth in seiner Marbacher Pilotanlage bereits im Jahr 2000 Solarmodule in einer Größe von 1.200 x 600 Millimetern. Zur Steigerung der Produktivität und Qualität hat das Unternehmen seit dem Start der Serienproduktion eine lückenlose Datenrückverfolgung implementiert. Dies geschieht mit Insight- ID-Readern von Cognex. Als Integrationspartner holte sich Würth AIT Göhner aus Stuttgart ins Boot. Mittlerweile liegt die Produktionsausbeute bei 90 Prozent – Tendenz steigend.

Spannung bis zuletzt

CIS-Module von Würth Solar bestehen aus mehrschichtigen, in Reihe geschalteten Kupfer-Indium- Selen-Solarzellen, die Beschichtung ist dabei vier Mikrometer dick. Auch bei ungünstigen Lichtverhältnissen sorgen sie für einen hohen Stromausstoß. Wichtig bei der Herstellung ist, in jeder Produktionsmaschine alle Qualitätsdaten der sogenannten Substratplatten zu sammeln. Leider ergibt sich das einzige Qualitätskriterium erst am Schluss der Herstellung, während der Leistungsprüfung der Module im Sonnensimulator. Erst zu diesem Zeitpunkt erfahren die Ingenieure von Würth Solar, ob ein Solarmodul die gewünschte Leistung von 80 Watt erbringt und die Arbeitsergebnisse ausreichend sind. Ohne eine vorgelagerte Sammlung von Qualitätsdaten ist es zu diesem Zeitpunkt nicht mehr möglich, den Ursprung von Mängeln zu ermitteln. Eine lückenlose Qualitätssicherung ist darum elementar. Diese aber erfordert die Zuordnung der Glasplatten mittels automatischer optischer Identifi kation von Data- Matrix-Codes zu einzelnen Prüfstationen. Diese prüfen an jedem dritten bis vierten Schritt, ob auch tatsächlich die Platte bearbeitet wurde, die zu den bisher gesammelten Daten gehört. Durch Glasbruch können Datensätze entstehen, zu denen keine Platte mehr existiert. Die Codierung verhindert Verwechslungen. Zum Auftragen der Gravur hat sich Würth für ein automatisches Lasersystem entschieden, das den Code schnell und einfach aufträgt. Eine größere Herausforderung war die Auswahl eines geeigneten Vision-Systems zum Lesen der Codes. Die eigentliche Schwierigkeit bei gelaserten Data-Matrix- Codes auf Glas ist der verhältnismäßig geringe Kontrast der Gravur zur umgebenden Materialoberfläche. Nach eingehenden Tests fiel die Wahl auf Cognex IDReader, die auf der Technik von Insight 5400/5100 Vision-Sensoren basieren. Sie erkennen und decodieren auch schwierige Codes auf problematischen Oberflächen und erreichen dabei Leseentfernungen von mehr als zwei Metern. Zudem harmoniert die Kameraalgorithmik der Geräte sehr gut mit der Software von AIT Göhner. Der Systemintegrator hat sich auf optische Prüfsysteme spezialisiert und die Anwendung projektiert und realisiert.

Viele, viele Schritte

An das Lasern, die sogenannte Geburt, schließen sich weitere 19 Bearbeitungsschritte an. Dazu gehören unter anderem das Auftragen der Basisbeschichtung mit Molybdän und die darauf folgende Laserstrukturierung. Dadurch erhalten die Platten ihre eigentliche Zellenform. Zu diesem Zeitpunkt ist eine kontrollierte Qualitätsprüfung besonders wichtig, denn nach einem anschließenden Waschen erhalten die Substratplatten bei 600°C ihre CIS-Beschichtung. Nach dem anschließenden chemischen Auftrag einer Pufferschicht wird erneut der Data-Matrix-Code kontrolliert. Wichtig ist auch die Prüfung der Oberflächenwölbung, denn die hohen Ofentemperaturen führen zu Fließbewegungen in den Glasplatten. Beim anschließende Patterning werden die Linien der einzelnen Zellen zusätzlich geritzt, dann folgt der Auftrag von Zinkoxid. Dieses dient als lichtdurchlässiger Frontkontakt der Solarzelle und bildet den Abschluss der Photodiode. In der abschließenden Endkonfektionierung erhalten die Platten zusätzliche Bohrlöcher für die Führungselektronik der Kontakte. Den absoluten Höhepunkt der Fertigungskette bildet jedoch die »Hochzeit«: Das beschichtete Substratglas wird in einem letzten Arbeitsgang mit dem Deckglas dauerhaft verklebt. Endlich vereint, ist das CIS-Solarmodul bereit für eine Reihe von Anwendungen. Diese reichen von eleganten klassischen Sonnenkollektoren zur Stromerzeugung auf Dächern und Häuserfassaden bis hin zu integrierten Produkt- und Stand-alone-Lösungen. Im Laufe der komplexen Produktion wirken viele Einflussfaktoren auf die Qualität der CIS-Solarmodule. Erst die lückenlose Rückverfolgung der Produktionsdaten mit dem Cognex ID-Reader hat die Basis geschaffen, auf der die einzelnen Arbeitsstationen perfektioniert werden konnten. Die Verantwortlichen bei Würth Solar sind sehr zufrieden mit der Zuverlässigkeit und einfachen, selbsterklärenden Handhabung des ID-Readers sowie der AITSoftware. Bereits in diesem Jahr ist geplant, mit weiteren Fertigungsanlagen den bisherigen Output von 600 Solarmodulen pro Tag auf 1.100 Module fast zu verdoppeln. www.optischepruefsysteme.de

Fakten

Über Cognex

Cognex entwirft, entwickelt, produziert und vermarktet maschinelle Bildverarbeitungssysteme und Computer, die Maschinen »intelligentes Sehen« erlauben. Cognex ist momentan der weltweit führende Anbieter von maschinellen Bildverarbeitungssystemen, mit bereits über 400.000 ausgelieferten Systemen für die maschinelle Bildverarbeitung.

Erschienen in Ausgabe: 01/2008