Inline-Mikrorissprüfung an Solarzellen

Wärmefluss-Thermographie zur zerstörungsfreien Prüfung

Mit einer Infrarotkamera lässt sich das Wärmebild eines Objekts aufnehmen: Man erhält auf diese Weise tausende von Temperaturmesspunkten, die detaillierte Informationen über räumliche und zeitliche Wärmeentwicklungen auf Materialien und Bauteilen liefern. Verschiedene Oberflächen eines Objekts wie auch oberflächennahe Innenstrukturen können mit dieser Technologie berührungslos und zerstörungsfrei auf Defekte geprüft werden.

Inline-Mikrorissprüfung am metallisierten Wafer

Mikrorissprüfung des Silizium-Materials von Solarzellen
© Fraunhofer IPA

Mikrorissprüfung des Silizium-Materials von Solarzellen

Bei der Herstellung von Solarzellen können Risse im Silizium-Material auftreten, die die Funktion und die Haltbarkeit der Zellen beeinträchtigen. Für den Markterfolg einer Technologie zur Solarzellenfertigung ist es daher wichtig, ob es gelingt, die einwandfreie Qualität der ausgegebenen Zellen zu belegen. Dazu ist eine 100-Prozent-Prüfung der Solarzellen auf äußerlich sichtbare bzw. auf innere Risse unabdingbar.

Während des Prozesses sind durchgehende Risse teilweise mit Durchlichtaufnahmen detektierbar. Spätestens nach der vollflächigen Rückseitenkontaktierung ist dieser Ansatz aber nicht mehr geeignet anwendbar. Es sind alternative Verfahren wie beispielsweise die Elektrolumineszenz oder die Thermographie erforderlich.

Ausgehend vom langjährigen Erfahrungshintergrund in der industriellen Bildverarbeitung hat das Fraunhofer IPA eine Solarzellenprüfung auf Basis der Wärmefluss-Thermographie realisiert. Mit den neu entwickelten Verfahren können neben den leicht zu detektierenden breiten Rissen auch Risse mit einer Breite < 20 μm in der Siliziumschicht detektiert werden, bei einer Produktionsgeschwindigkeit von typischerweise 10 Metern pro Minute. Das IR-Prüfsystem wird dabei direkt an den Fördermodulen der Fertigungsanlage platziert. Die aufgezeichneten Bilddaten erlauben dann im Weiteren eine automatische Auswertung mit einer i.O / n.i.O Klassifizierung der Solarzellen. Die Anforderungen an die Taktzeiten können eingehalten werden, der Produktionsprozess verlängert sich durch die thermographischen Messungen nicht.

Forschungsaktivitäten und Dienstleistungen am Fraunhofer IPA

Das Wissenschaftlerteam des Fraunhofer IPA setzt das Prinzip der Thermographie für verschiedene Forschungsaktivitäten ein. Es bietet auch ein umfangreiches Angebot an Dienstleistungen an, von der Stahl- über die Kunststoff-, Chemie- und Pharmaindustrie bis hin zur Textil- und Papierindustrie. Das Thermographieverfahren zusammen mit anwendungsspezifisch entwickelter Auswertesoftware eignet sich hervorragend als innovatives, flexibles und effizientes Diagnoseverfahren. Das vorhandene Thermographie-Equipment eignet sich insbesondere ideal für hochauflösende, thermische Analysen schneller Vorgänge, in der zerstörungsfreien Prüfung sowie in der Prozess- und Qualitätskontrolle.