Fraunhofer CSP und HTWK Leipzig entwickeln neues Testverfahren für Photovoltaikwafer als DIN SPEC
Für die Festigkeitsprüfung von Photovoltaikwafern hat das Fraunhofer-Center für Silizium-Photovoltaik CSP gemeinsam mit der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig), regionalen Industriepartnern und dem Deutschen Institut für Normung DIN eine DIN SPEC entwickelt. Das standardisierte Verfahren erleichtert die Qualitätskontrolle in der Solarindustrie.
Mit der DIN SPEC 91351:2017-04 „Strength Testing für Photovoltaic Wafers“ kann eine vereinheitlichte Festigkeitsprüfung von 120 bis 220 µm dünnen Siliziumplatten, sogenannten Wafern, für Photovoltaik-Zellen und -Module vorgenommen werden. Dabei wird mit einem standardisierten Biegeversuch festgehalten, bei welcher Krafteinwirkung ein Wafer aus kristallinem Silizium bricht. Die Prüfung ist nötig, weil das spröde Material sehr bruchempfindlich ist und daher im Produktionsprozess keinen hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden darf. Die DIN SPEC definiert, wie dieser Biegeversuch aufgebaut, durchgeführt und ausgewertet werden muss. Sie ist international die erste Standardspezifikation in diesem Bereich. Für die Nutzer des Standards werden komplexe nichtlineare Probleme in Schautafeln und Tabellen zur Verfügung gestellt, was die Kommunikation über die Wertschöpfungskette hinweg in der Solarzellenproduktion erheblich erleichtert.
Die Arbeitsgruppe für die DIN SPEC wurde am Fraunhofer CSP von Felix Kaule geleitet und kooperierte eng mit Stephan Schönfelder, Professor für die Simulation energetischer und technischer Systeme an der HTWK Leipzig. Bereits seit vielen Jahren arbeiten die beiden Forschungseinrichtungen im Bereich der Mechanik und Finite-Elemente-Simulation zusammen und gewannen so neue Erkenntnisse zu den theoretischen und werkstoffmechanischen Zusammenhängen für spröde Materialien sowie wertvolle Kompetenzen zur Festigkeitsmessung spröder Siliziumwafer.
„Es freut mich sehr, dass die Erfahrungen aus unserer intensiven Kooperation und viele tausend gebrochene Wafer nun eine Standard-Spezifikation ermöglichen. Durch das Optimierungspotenzial der damit verbundenen Analyse- und Herstellungsprozesse ist die jetzt zur Verfügung stehende DIN SPEC für alle Industrieunternehmen im Bereich der Photovoltaik sehr interessant“, sagt Schönfelder.
„Bisher musste das Verformungsverhalten der Wafer stets aufwendig simuliert werden. Das liegt daran, dass Wafer sich unter Last nichtlinear verformen. Durch Umrechnungstabellen in der DIN SPEC kann nun jeder auch ohne Simulationsmodelle die Festigkeit von Siliziumwafern zuverlässig auswerten“, so Felix Kaule vom Fraunhofer CSP.
Die DIN SPEC dient zur Veröffentlichung von internationalen Standards und kann die Grundlage für eine DIN-Norm sein.
Autorin: Dr. Rebecca Schweier