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Ortsaufgelöste Intensitätsüberwachung in beleuchteten Durchlauföfen mittels eines hitzestabilen Datentrackers

Kurzfassung

Dieser mobile Intensitätstracker für die Solarmodul-Fertigung hält kurzzeitig den hohen Temperaturen in einem Durchlaufofen stand und kann daher zusammen mit Solarzellen durch den Ofen befördert werden. So lassen sich erstmals zuverlässige Intensitätsmessungen direkt während des Regenerationsprozesses von Zellen durchführen und sich die Prozesse effizient im laufenden Betrieb überwachen und optimieren. Das System trägt künftig zu einem konstant höheren Wirkungsgrad von Solarzellen bei.

Hintergrund

Die Regeneration rekombinationsaktiver Defekte in monokristallinen Silizium-Solarzellen ist inzwischen ein Standardschritt in deren Produktion, um die ansonsten während der ersten Beleuchtung auftretende Lichtinduzierte Degradation (LID) durch eine gezielte intensive Beleuchtung während einer kurzzeitigen Erhitzung effektiv zu neutralisieren. Findet dieser Prozess nicht oder nicht in optimaler Weise statt, verbleiben diese rekombinationsaktiven Defekte in der Solarzelle, und verringern deren Wirkungsgrad. Eine optimal regenerierte Solarzelle kann einen um bis zu 5%rel höheren, langfristig stabilen Wirkungsgrad erreichen. Allerdings muss das an der Universität Konstanz entwickelte, weltweit eingesetzte Regenerations­verfahren in der Regel auf den spezifischen Herstellungs­prozess der Solarzelle optimiert werden.

Problemstellung

Bisher gibt es kein Messsystem, welches in der Lage ist, die Lichtintensität in Durchlauföfen ortsaufgelöst ohne Störung des laufenden Betriebs, d. h. insbesondere auch bei typischen Prozess­temperaturen im Bereich von 200-300°C, zuverlässig zu erfassen. Bisher werden, wenn überhaupt, meterlange Messlanzen eingesetzt, deren Einsatz eine Unterbrechung der Fertigung bedingt, bzw. teilweise auch eine Öffnung der Durchlauföfen notwendig macht. Alternativ wird auch die Leistung der Lichtquellen herangezogen, um die Intensität abzuschätzen. Eine präzise Steuerung eines industriellen Regenerationsprozesses ist so nicht möglich.

Lösung

An der Universität Konstanz wurde ein mobiler Intensitäts­tracker entwickelt, der kurzzeitig den hohen Temperaturen in einem Durchlaufofen standhält und daher zusammen mit Solarzellen durch den Ofen befördert werden kann. Das Messsystem besteht aus einem Intensitätssensor (Solarzelle) auf einem Kühlkörper, der durch seine thermische Masse eine übermäßige Erwärmung verhindert. Das Signal des Intensitätssensors wird mittels einer vor hohen Temperaturen geschützten Elektronik erfasst. Das Mess­system kann auf die Produktionslinie angepasst werden. Ein funktionstüchtiger Prototyp ist bereits vorhanden.

Konstruktionszeichnung des Intensitätssensors (Solarzelle, Fläche 1 cm²) auf einem Kühlkörper (silbern) und Trägerplatte (schwarz). Die von der Umgebungstemperatur abgeschirmte, innenliegende Messelektronik ist nicht gezeigt [Bild: Universität Konstanz].
Konstruktionszeichnung des Intensitätssensors (Solarzelle, Fläche 1 cm²) auf einem Kühlkörper (silbern) und Trägerplatte (schwarz). Die von der Umgebungstemperatur abgeschirmte, innenliegende Messelektronik ist nicht gezeigt [Bild: Universität Konstanz].

Vorteile

  • Messung in einem Durchlaufofen mit präziser, kontinuierlicher Datenaufnahme
  • Kurzzeitiger Einsatz auch bei >200°C
  • Optimierte Regeneration und somit höherer Wirkungsgrad durch ideales Beleuchtungsprofil
  • Mobiles Messsystem – Nachrüstung einfach und kostengünstig

Anwendungsbereiche

Solarzellen-Herstellung: Das hier vorgestellte mobile Messsystem ermöglicht eine Überwachung der Lichtintensität und Temperatur während des Regenerationsprozesses in einem mit Licht geheizten Durchlaufofen im laufenden Betrieb. Es erlaubt somit eine Optimierung der Prozess­parameter sowie ein wiederkehrendes Monitoring ohne Betriebsunterbrechung.

Exposé
Kontakt
Dr.-Ing. Hubert Siller
Technologie-Lizenz-Büro (TLB)
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
siller(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Prototyp / TRL5
Patentsituation
DE 102019102227.7 anhängig
PCT/EP2020/052041 anhängig
Referenznummer
18/085TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.