PV SUN TIMESSM E-NEWSLETTER
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Achtung: Wir haben die Herausgabe der nachfolgenden Newsletter temporär suspendiert. Bitte besuchen Sie unsere Referenzen für zusätzliche Informationen oder Themen.

Q2 2008 PV Sun Times



Der Q2 2008 PV Sun TimesSM E-Newsletter stellt Lösungen für ein zunehmendes Problem bei bestimmten PECVD-Verfahren für die Solarzellenfertigung vor: HF-Elektroden-Crosstalk. Unsere Kolumne “Fragen Sie die Solarexperten erläutert Optionen für Niedertemperatur-TCO-Prozesse, die Vorzüge vakuumbasierter Verfahren für Solaranwendungen und macht Vorschläge zur Lösung der wichtigsten Probleme bei den Fertigungsverfahren der Branche.


Durchsatzsteigerung durch korrekte Einrichtung multipler HF-Elektroden für Inline Batch Systeme

Um den Punkt der Grid Parity zu erreichen, ist es von großer Bedeutung, dem Verbraucher immer mehr Energie, welche aus Fotovoltaikanlagen hergestellt wurde, zur Verfügung zu stellen, und diese Jahr für Jahr kontinuierlich zu steigern. Aus diesem Grund arbeiten Hersteller von Fotovoltaikmodulen ständig an der Verbesserung des Modulwirkungsgrades und an der Steigerung der Produktivität. Ein wichtiger Trend zur Steigerung des Durchsatzes ist die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Module in Inline Batch Anlagen, die mit mehreren HF-Elektrooden ausgestattet sind.


Die Herausforderung hierbei: HF-Crosstalk

Das Problem besteht darin, dass diese Entwicklung zunimmt, und somit auch ein damit verbundenes allgemeines Problem: HF-Crosstalk (auch als HF-Übersprechen bezeichnet) durch unerwünschte Wechselwirkung zwischen eng angeordneten HF-Elektroden. Damit entsteht ein weiteres Problem, zumal neue Verfahren auf eine zunehmende Anzahl von Elektroden in einer einzigen Kammer setzen. Mit wachsender Zahl der Elektroden wird auch der Platz zwischen den Elektroden kleiner, was die Wahrscheinlichkeit des Crosstalkeffekts erhöht. Der durch HF-Crosstalk verursachte Schaden, darunter zählen Substratarcing und Substratdefekte, können den Prozess und die Schichtqualität deutlich verschlechtern. Zu den weiteren Problemen im Zusammenhang mit HF-Crosstalk gehören Kontamination und Beschädigung der Anlagen, Netzteile und sonstiger Ausrüstungen.


Abbildung 1. Idealer Reihenstapelverarbeitung für PECVD-Verarbeitung von multiplen Substraten

Abbildung 1. Ideale Inline Batch Anordnung für PECVD-Verarbeitung von multiplen Substraten

Abbildung 1 zeigt einen PECVD-Prozess für die Solar-Fotovoltaikfertigung mit sieben eng in einer Einzelkammer angeordneten HF-Elektroden. Jede mit Energie versorgte Elektrode ("heiße Elektrode" bzw. Kathode) ist an ein getrenntes HF-Netzteil und ein Anpassungsnetzwerk angeschlossen. Normalerweise sind die übrigen Elektroden (Anoden) mit Masse verbunden. Zwischen diesen Elektroden befinden sich mehrere Glassubstrate. Oben in der Kammer liefert ein Gaseinlass das Gas für den Prozess. Die Abbildung zeigt den Idealzustand für diese Anordnung. Dabei interagiert jede Elektrode nur mit der benachbarten, geerdeten Elektrode. Das Plasma verbleibt lokal zwischen diesen Elektroden und die Glassubstrate werden gleichmäßig beschichtet.

Die Realität sieht allerdings anders aus: Sehr häufig streut das Plasma aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Elektroden (HF-Crosstalk) in unerwünschte Bereiche. Das Plasma kann in Bereiche oberhalb oder unterhalb der Elektroden streuen, je nach Auslegung des Systems und der Schirmung sowie des Teildrucks bzw. des Anlagendrucks. Zudem kann es zu Arcing kommen, und zwar derart stark, dass Substrat oder Teile der Anlage beschädigt werden. Dabei treten die wichtigsten Probleme in der Nähe von Bauteilen in der Kammer auf, beispielsweise an der Abschirmung oder am Gaseinlass, der möglicherweise Strom leitet und so ungewollt die elektrischen Verbindungen zwischen den HF-Elektroden verstärkt. Aber auch ohne den Einfluss der zahlreichen Kammerbauteile kommt es wahrscheinlich zu HF-Crosstalk zwischen den Elektroden, wodurch der Durchsatz für diese Art von Verfahren wieder zunichte gemacht wird.


Die Lösung: CEX und Phasenverschiebung

Die mit dieser Art von Prozess verbundenen Probleme sind nicht unwesentlich, aber es ist dennoch möglich, die Durchsatzsteigerung zu erzielen, die die Inline Batch Verarbeitung mit mehreren HF-Elektroden bietet. Es folgt eine Beschreibung der wichtigsten Strategien zur Verringerung des HF-Crosstalks zwischen Elektroden und der damit einhergehenden Plasmastreuung.

CEX
Zunächst ist es wichtig, die HF-Netzteile zu synchronisieren. Die CEX-Funktion (Common Exciter Oscillator oder Masteroszillatorfunktion), über die das Cesar® HF-Netzteil und weitere AE-Produkte verfügen, synchronisiert den HF-Ausgang. In Abbildung 1 sind die Anoden mit Masse verbunden und besitzen das dementsprechende Potenzial. Normalerweise sind die "heißen Elektroden" wechselweise angeordnet, sodass die ganz links abgebildete Elektrode in Abbildung 1 auf 0°, die mittlere Elektrode auf 180° und die Elektrode ganz rechts auf 0° eingestellt ist. Andere Systeme benötigen eine 0°-Phasenverschiebung zwischen allen Elektroden. In der in Abbildung 1 gezeigten idealen Anordnung, zu der es im Allgemeinen nur durch Verwendung eines CEX kommen kann, bleibt das Plasma isoliert zwischen den einzelnen Elektroden. Ohne den Einsatz von CEX ist das Potenzial des Plasmas beliebig und es kann zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen den Elektroden kommen.

Die Cesar HF-Netzteile von AE sind in der Lage, bis zu sechs Netzteile mittels CEX zu synchronisieren. Falls Sie in Ihrem Prozess mehr als sechs HF-Netzteile benötigen, sorgt ein extern an alle Netzteile angeschlossener CEX für das gleiche Resultat.

Phasenverschiebung
Wenn Sie trotz der ordnungsgemäßen Synchronisierung der HF-Netzteile mittels CEX weiter Crosstalk und die damit verbundenen Probleme haben, kann dies an den spezifischen Bedingungen in Ihrem System liegen, sodass zusätzlich ein Phasenschieber (Phase Shifter) zur “Feinabstimmung” der Phase des HF-Ausgangs eingesetzt werden muss. Normalerweise verschiebt der CEX die Phase des HF-Ausgangs um exakt 0 bzw. 180°. Damit wird das Plasma üblicherweise lokalisiert und die Probleme im Zusammenhang mit HF-Crosstalk verschwinden. Allerdings ist jeder Prozess einzigartig. Durch die Kammerkonfiguration kann es sein, dass aufgrund von Anlagenleitfähigkeit, Kabellängenunterschiede zwischen Netzteilen und anderen Bedingungen, die Phasenverschiebung von 180° nicht ideal ist. Bei bestimmten Prozessen könnte es sein, dass Sie statt 180°-Phasenverschiebung nur 179 oder 178° an Phasenverschiebung brauchen. In dieser Situation kann der CEX mit Phasenverschiebung kombiniert werden und so auf beliebige prozess- bzw. systemspezifische Charakteristika eingestellt werden, um die bestmögliche Plasmalokalisierung zu erzielen.


Die Realisierung

Es kann sein, dass die HF-Crosstalk-Probleme Ihrer Anlage allein schon durch den Einsatz von CEX gelöst werden können. Ansonsten bleibt Ihnen die zweistufige Lösung mit CEX plus Phasenverschiebung. In jedem Fall ist es also möglich, das volle Potenzial der Durchsatzverbesserung für Ihre Multi-HF-Elektroden Inline Batch Systeme auszuschöpfen. AE-Anwendungstechniker haben Erfahrung mit der Umsetzung der oben beschriebenen Lösungen, und auch darin, die ideale Phasenverschiebung für einen beliebigen Prozess zu bestimmen. Darüber hinaus stehen Sie Ihnen bei Fragen Rede und Antwort und helfen Ihnen gerne bei der Einrichtung dieser Lösungen für Ihr spezifisches System. Wenn Sie weitere Informationen benötigen, setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung.




Fragen Sie die Solarexperten!

 

Die AE Solarexperten Ken Nauman und Doug Pelleymounter haben zusammen 45 Jahre Berufserfahrung mit den in der Solar-Fotovoltaikfertigung üblichen Prozessen. Hier bieten Sie Ihnen Ihr Fachwissen für die dringendsten Fertigungsprobleme der Solarbranche.

Wir würden uns freuen, von Ihnen zu hören! Fragen und Kommentare senden Sie bitte an PVSunTimes@aei.com.

 

  1. Für mich sind die Angebote im Solarbereich von AE Neuland. Was hat AE für die Fotovoltaikfertigung zu bieten?
  2. Unser Unternehmen beginnt erst und möchte eine große Menge an Anlagenkomponenten auf einmal bestellen. Kann AE die gesamten Geräte innerhalb kurzer Zeit liefern?
  3. Warum sollte ich mich für ein vakuumbasiertes Fertigungsverfahren entscheiden? Welche Vorteile bietet dieses Verfahren gegenüber anderen, in der Fotovoltaikfertigung anwendbaren Methoden, wie Printing und Evaporation?
  4. Ich habe einen CIGS-Prozess und meine letzte Schicht ist ein TCO. Haben Sie zur Temperatursteuerung meines TCO-Prozesses, zur Vermeidung der Verschlechterung der aktiven darunter liegenden Schicht, eine Idee?

  1. Für mich sind die Angebote im Solarbereich von AE Neuland. Was hat AE für die Fotovoltaikfertigung zu bieten?
    Antwort: Womit fangen wir an? AE bietet Lösungen für kristallines Silizium, waferbasierte Solarfotovoltaik sowie für die wichtigen Dünnfilmtechnologien, einschließlich amorphes und mikrokristallines Silizium, CIGS und CdTe. Wir haben die branchenweit umfangreichsten Produktreihen zu bieten und sind in der Lage, effiziente Lösungen für jeden Abschnitt der Fotovoltaikproduktion anzubieten: Netzteile von DC bis zu 60 MHz, Geräte zur Temperaturmessung, eine Gruppe von Gas-, Dampf- und Druckregelprodukten und vieles mehr. Diese Produkte verfügen über hochentwickelte Designs und Technologien und basieren auf 25 Jahren Erfahrung bei innovativen Lösungen, die zu mehr Präzision, zu weniger Defekten und verbessertem Durchsatz geführt haben. Tatsächlich nutzen Unternehmen, die Fotovoltaik entwickeln und fertigen, seit über 20 Jahren unsere Produkte. Allerdings geht unser Angebot über die alleinige Lieferung von Produkte und Technologien weit hinaus. Wir bieten Ihnen zusätzlich Anwendungsunterstützung durch Experten, erstklassige Fertigungsanlagen, eine etablierte globale Vertriebs- und Support-Infrastruktur und vieles mehr.

    Weitere Informationen finden Sie auf der AE Solar Market Webpage.

    Table 1. Produkte für den Solarmarkt
    FV-
    Subsystem-
    kategorie
    Empfohlene
    Produkte
    Beispiele
    von
    Solaran-
    wendungen
    AE
    Produkt-
    merkmale
    HF-Netzteile
    Cesar® Netzteile

    Apex® HF Power-Delivery Systeme

    Navigator® Digital Matching Networks
    PECVD
    für a-Si
    Hochmoderne Power-Delivery-Technologie

    Breite Vielzahl von Frequenzen, Leistungen und Funktionen

    Intelligentes Arc-Management
    Niedrig- /Mittelfrequenz-
    netzteile

    PEII-Niedrigfrequenznetzteile

    PDX® Mittelfrequenznetzteile

    Crystal® Mittelfrequenznetzteile
    PVD
    für SiO2
    Gleichstrom-
    netzteile

    Pinnacle® Gleichstromnetzteile

    Pinnacle® Plus+ DC/Pulsed-DC Netzteile

    Pulsar DC Pulsing Zubehör
    PVD
    für Metall-
    Backkontakt

    PVD
    für TCO Front-
    kontakt
    Gas-, Dampf- und Druckregler-
    produkte

    Aera® FC-7700 MFCs

    Aera® PI-980® druckempfindliche MFCs

    Aera® Transformer Digital-MFCs

    Aera® FC-D770 Industrie-MFCs

    Aera® AS und GS Thermoverdampfer

    Aera® RS Verdampfernachfüllsysteme
    Alle Fertigungs-
    phasen
    Extreme Präzision für verbesserte Prozess-
    reproduzierbarkeit, verbesserten Durchsatz und verbesserte Effizienz bei der Ressourcennutzung

    Breite Vielzahl von Flussbereichen und Funktionalitäten
    Messtechnik
    Sekidenko optische Glasfaser-Thermometer und Emissometer
    Alle Fertigungs-
    phasen
    Einzigartige Kenntnis der Prozess-
    parameter für die Entwicklung von modernsten Verfahren




  2. Unser Unternehmen beginnt erst und möchte eine große Menge an Anlagenkomponenten auf einmal bestellen. Kann AE die gesamten Geräte innerhalb kurzer Zeit liefern?
    Antwort: Es sind interessante Zeiten, da es schon viele Jahre her ist, dass ein neues Dünnfilmfertigungsverfahren aufkam. Der Solarmarkt profitiert davon, dass er die gesamte Entwicklung, die für die bestehenden angrenzenden Märkte stattgefunden hat, nutzen kann. Das beinhaltet sowohl die technologische Entwicklung als auch die Infrastruktur für die Anlagenfertigung und den Support. Die Aktivitäten von AE für Branchen wie die Halbleiterindustrie, FPD- und Industriebeschichtungsbranche hat uns eine bedeutende Fertigungskapazität beschert. Wir verfügen bereits über die Prozesse, Anlagen, Zulieferer und sonstige erforderlichen Ressourcen vor Ort in unseren großen Werken in Shenzhen (China) um einen Auftrag beliebigen Umfangs fertigzustellen, etwa eine 30-Megawatt- oder noch größere Anlage für einen neuen Solarfertigungsbetrieb.

    Abgesehen von den Anlagen bieten wir den Support, den Sie für den Erfolg Ihres neuen Fertigungsbetriebes brauchen. AE-Anwendungsingenieure stehen bereit, um Ihnen bei Fragen der Prozessentwicklung, Einrichtung, Optimierung und Fehlerbeseitigung zu helfen. Sie bieten wertvolle Einblicke und Erfahrungen aufgrund der langen Berufserfahrung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Branchen, Fertigungstechnologien und Prozessbedingungen.

    Mit Vertriebs- und Servicebüros in den wichtigsten Fertigungszentren der Welt verfügt AE auch über die globale Infrastruktur, die notwendig ist, um einer globalen Branche wie der Solarbranche entsprechend Support bieten zu können. Wenn Ihr Betrieb beispielsweise in Europa ansässig ist, so haben Sie ein Büro vor Ort, das Ihnen in Ihrer Nähe beiseite steht. Auch wenn Ihr Kunde in Asien sitzt, haben wir viele Büros vor Ort, mit denen Sie überall in Kontakt treten können.

    Abbildung 2. Das hochmoderne Fertigungswerk von AE in Shenzhen (China) ist in der Lage, die Produktion in kurzer Zeit zu steigern, um die beträchtlichen Anforderungen an Geräten für einen neuen Solarfertigungsbetrieb zu erfüllen

    Abbildung 2. Das hochmoderne Fertigungswerk von AE in Shenzhen (China) ist in der Lage, die Produktion in kurzer Zeit zu steigern, um die beträchtlichen Anforderungen an Geräten für einen neuen Solarfertigungsbetrieb zu erfüllen


  3. Warum sollte ich mich für ein vakuumbasiertes Fertigungsverfahren entscheiden? Welche Vorteile bietet dieses Verfahren gegenüber anderen, in der Fotovoltaikfertigung anwendbaren Methoden, wie Printing und Evaporation?
    Antwort: Zu den heute üblichen Verfahren in der Fotovoltaikfertigung gehört das Sputtern (PVD), PECVD, Drucken, Verdampfung und viele mehr. Allerdings bieten vakuumbasierte Prozesse wie PVD und PECVD eindeutige Vorzüge, die andere Methoden einfach nicht bieten können. Besonders PVD und PECVD bieten atomgenaue Kontrolle, durch die Sie die Filmeigenschaften, etwa die Stöchiometrie, Kristallinität und die Gleichförmigkeit innerhalb des Substrats, genauer kontrollieren können. PVD und PECVD produzieren zudem weniger Defekte als andere Methoden. Dieses hohe Maß an Kontrolle kulminiert in zwei wesentlichen Vorteilen für Solarpanelhersteller von heute: größerer Wirkungsgrad der Fotovoltaik und gesteigerter Durchsatz.

    Abbildung 3. Vereinfachte Darstellung eines Sputteringprozesses (PVD) — Andere Fotovoltaik-Fertigungsverfahren können die atomgenaue Präzision von vakuumbasierten Verfahren nicht erreichen

    Abbildung 3. Vereinfachte Darstellung eines Sputterprozesses (PVD) — Andere Fotovoltaik-Fertigungsverfahren können die atomgenaue Präzision von vakuumbasierten Verfahren nicht erreichen


    Abbildung 3 zeigt das Verhalten auf Atomebene eines Sputterprozesses. Im ersten Schritt dieses Prozesses (links) werden Argonatome ionisiert. Ein beschleunigtes Elektron trifft in Form einer nicht elastischen Kollision auf ein Atom, das ein Elektron aus dem Atom entfernt und ein Ar+ Ion entsteht. Nun wird beim Sputtern selbst (in der Mitte) das Ar+ Ion zur negativen Katodenoberfläche hin beschleunigt. Es trifft mit einer für die Entfernung des Targetmaterials ausreichenden Energie auf. In der finalen Phase (rechts) erreicht das Targetmaterial die Substratoberfläche, auf der es sich als dünne Schicht anlagert. Weitere Informationen zum Sputtern finden Sie in unserem Sputter Spotlight® E-Newsletter.

    Ein weiterer Vorzug des vakuumbasierten Prozesses besteht in der Tat darin, dass in den Bereichen PVD und PECVD viel Expertenwissen und eine Vielzahl technologischer Entwicklungen vorhanden ist, die direkt in der Fotovoltaikfertigung angewendet werden können. AE bietet über 25 Jahre Erfahrung sowie ein umfangreiches und hochmodernes Produktportfolio, das Ihnen herausragende Kontrollmöglichkeiten der Filmeigenschaften im Vergleich zu anderen Herstellern liefert. So liefern unsere Produkte geringere Defektraten, was nicht zur den Solarzellenwirkungsgrad, sondern auch höhere Betriebsleistung mit erhöhtem Durchsatz zur Folge hat. Höhere Betriebsleistung macht auch die Beschichtung großflächiger Substrate möglich. Beispielsweise ist der langjährige Erfolg unseres Crystal® AC-Netzteils auf das Erreichen des für die Architekturglasanwendungen erforderlichen hohen Leistungsniveaus zurückzuführen (darunter low-E Beschichtungen für den passiven Solarmarkt), was das Netzteil ideal für die Substratflächenvergrößerung in der Fotovoltaikindustrie macht. Weitere Informationen finden Sie im Whitepaper zum Thema Design Aspects of Large-Area Coating Supplies.

    In der Tat finden die Erfahrungen von AE bei der großflächigen Beschichtung in Branchen wie der FPD- und Architekturglasindustrie direkte Anwendung in der großflächigen Fotovoltaikfertigung. Wir haben unsere Produkte, Technologien und unser Fachwissen in den angrenzenden Branchen verfeinert, aber auch in der Halbleiterindustrie, die natürlich die ursprüngliche Siliziumwafer-Anwendung darstellt. Man könnte auch sagen, AE hat seine Zähne in der Halbleiterindustrie bekommen, eine Branche mit extrem hohen Anforderungen an Fertigungspräzision und sehr engen Fehlertoleranzen. Tatsächlich hat die Halbleiterfertigung das kleinste Prozessfenster aller Branchen. Darum bauen unsere Produkte und Technologien immer auf dem Konzept höchster Präzision auf, eine Tatsache, von der die Solarbranche in Form des verbesserten Zellenwirkungsgrades und gesteigerten Prozessdurchsatzes profitiert.


  4. Ich habe einen CIGS-Prozess und meine oberste Schicht ist ein TCO. Haben Sie zur Temperatursteuerung meines TCO-Prozesses, zur Vermeidung der Verschlechterung der aktiven darunter liegenden Schicht, eine Idee?
    Antwort: Natürlich! Thermische Planung ist ein dringliches Problem für viele Anwendungen in der Fertigung. Aber zunächst etwas Hintergrundwissen für unsere Leser: Die meisten Fotovoltaikfertigungsverfahren beschichten zunächst eine TCO-Schicht (transparente leitfähige Oxidschicht), bevor andere Schichten aufgebracht werden. Allerdings ist das TCO bei CIGS- (und einigen Dünnfilm-Si-) Solarzellen, die zuletzt aufgebrachte Schicht. Anders als Metallschichten, die kalt aufgebracht werden können, da ihre elektrische Leitfähigkeit relativ unabhängig von der Temperatur ist, wird die Leitfähigkeit von TCOs in hohem Maße von der Temperatur beeinträchtigt. Um eine ausreichend leitfähige Schicht zu erzeugen, werden herkömmliche TCO-Prozesse bei hohen Temperaturen gefahren. Das Problem bei CIGS-Prozessen, bei dem TCO zuletzt aufgetragen wird, besteht nun darin, dass dieses die thermische Grenze aller vorherigen Schichten überschritten werden könnte. Zu hohe Temperaturen können die Diffusion des Dotierungsmaterials innerhalb der aktiven Schicht unter dem TCO zur Folge haben, was zu einer signifikanten Verschlechterung des Wirkungsgrads führt. Dazu kommt, dass das Substrat, wenn es temperaturempfindlich ist, bei den in herkömmlichen TCO-Beschichtungsprozessen üblichen Temperaturen tatsächlich schmelzen kann. Das ist besonders bei flexiblen Polymersubstraten problematisch.

    Abbildung 4. Bei einem CIGS-Solarpanel ist die zuletzt aufgebrachte Schicht das TCO, während es bei a-Si- und CdTe-Panels (a-Si, amorphes Silizium) als erste Schicht aufgebracht wird. Das birgt einige besondere, temperaturbedingte Herausforderungen für die CIGS-Fertigung

    Abbildung 4. Bei einem CIGS-Solarpanel ist die zuletzt aufgebrachte Schicht das TCO, während es bei a-Si- und CdTe-Panels (a-Si, amorphes Silizium) als erste Schicht aufgebracht wird. Das birgt einige besondere, temperaturbedingte Herausforderungen für die CIGS-Fertigung


    Wie also kann die scheinbar unheilvolle Situation gelöst werden? Es existieren leistungsfähige Methoden, die in einem Temperaturbereich ausgeführt werden können, bei dem es nicht zur Diffusion der aktiven Schicht oder zum Schmelzen des Substrats kommt, und bei denen eine gute Leitfähigkeit des TCO erreicht wird. Bei anderen Prozessen, die ebenfalls eine Temperaturkontrolle benötigen, werden diese Standardmethoden sehr erfolgreich angewendet, etwa bei Elektroden für FPD-Farbfilter und bei transparenten Leitern für Touchpanel-Fertigungsprozesse. Wenn Sie detaillierte Informationen über eine effiziente Lösung für Ihren temperaturkritischen Prozess benötigen, können Sie sich gerne mit uns in Verbindung setzen.