Ein Brandfall im Februar 2017 hatte die Ausstattung des im Freiburger Solar Info Center angesiedelten Fraunhofer ISE Photovoltaik-Technologie Evaluationscenter PV-TEC unbrauchbar gemacht. Ein Jahr und vier Monate später wird die führende PV-Technologie-Plattform für Materialhersteller und Zulieferer der PV-Industrie neu in Betrieb genommen. Laufende Projekte konnten zwischenzeitlich mit Zeitverzögerungen weitgehend in anderen Labors bearbeitet werden. Mit neuer Ausstattung wird nun im PV-TEC die nächste Stufe der technischen Weiterentwicklung der Photovoltaik vorbereitet. Ziele dabei sind höhere Solarzellenwirkungsgrade, ein höherer Produktivitätsgrad in der Prozesstechnologie sowie nicht zuletzt die Begleitung des von Forschung und Industrie angestrebten Neustarts der PV-Zell- und Modulproduktion in Europa.

Zwei Standorte für »Front end« und »Back end«
Mit dem Wiederaufbau ist das PV-TEC modernisiert und erweitert worden und ist damit wieder gerüstet, um Innovationen voranzubringen. Zugleich hat das Fraunhofer ISE das PV-TEC, das bereits seit 2016 einen zweiten Standort im Freiburg Norden hat, nun auch strukturell neu aufgestellt. Entlang der Prozesskette bei der Solarzellenherstellung sind die sogenannten »Front end«- und »Back end«-Technologien an getrennten Standorten angesiedelt. »Front end«-Technologie – also im Wesentlichen Wafercharakterisierung, nasschemische Ätzprozesse, Formierung des PN-Übergangs sowie Prozesse zur Oberflächenbeschichtung – finden am Standort Hans-Bunte-Strasse im Norden Freiburgs statt, die »Back end«-Technologie – wozu Laser- und Druckprozesse für die Strukturierung und Metallisierung sowie die Charakterisierung der Solarzelle zählen – am nun neu aufgebauten Standort im Solar Info Center in der Emmy-Noether-Strasse.

Technologische Aspekte
Der Auftrag des PV-TEC von Beginn an war die industrienahe Entwicklung der Produktionstechnologie für hocheffiziente Siliciumsolarzellen entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Heutiger Referenzprozess für die Arbeiten im PV-TEC ist die PERC Solarzelle, die sich am Fraunhofer ISE in jüngerer Zeit zur industriellen Standard-Solarzelle entwickelt hat. Hierfür den Produktionsprozess weiter zu optimieren und damit noch kosteneffizienter und nachhaltiger zu werden ist das Ziel. Das Fraunhofer ISE PV-TEC bietet eine Plattform für die Entwicklung von Prototypenanlagen für neuartige Prozesse – beispielsweise für die Topcon-Solarzelle – oder für die weitere Durchsatzsteigerung, mit dem Ziel > 10‘000 Wafer/Stunde. In einer realen Solarzellenfertigungsumgebung können dort neue Verfahren unabhängig evaluiert und Prozesse angepasst und entwickelt werden.

Smart Fab der Zukunft
Auch für kommende Aufgaben wie die Digitalisierung oder die Bauwerkintegrierte PV (BIPV) ist die Technologie-Plattform PV-TEC wichtig. Die Installation von Solarmodulen nicht nur auf Dächern und Freiflächen, sondern auch als Fassadenelemente erfordert neue, angepasste Produktionsschritte, die ebenfalls im PV-TEC pilotiert werden.

Im PV-TEC wird die Basis für Digitalisierungskonzepte geschaffen, dazu zählen zum Beispiel Industrie 4.0 taugliche Prozessanlagen. Machine learning ermöglicht über den Einsatz von Sensoren und Aktoren nicht nur die Analyse von Prozessschwankungen, sondern auch die Erhöhung der Produktivität und die Senkung der Stückfertigungskosten und damit letztendlich die Ressourceneffizienz. Zur Digitalisierung und weiteren Zukunftsthemen ist das Fraunhofer ISE innerhalb der Fraunhofer-Gesellschaft mit Schwesterinstituten vernetzt.

Text: Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme ISE