Weltweit steigt nicht nur der allgemeine Energiebedarf, sondern auch die Nachfrage nach Ökostrom – im Jahr 2019 stammten mehr als 40 Prozent des in Deutschland erzeugten Stroms unter anderem aus erneuerbaren Energien wie der Solarenergie*. Eine Nachricht, die in den vergangenen Jahren zum globalen Wettbewerb inklusive Preiskampf in der Fotovoltaikindustrie führte. Heute haben viele Firmen ihre Produktion von Solarmodulen nach Asien verlagert, um die Kosten möglichst gering zu halten. Auch bei der aufwendigen, materialintensiven Herstellung von Wafern – den hauchdünnen Siliziumscheiben, die die Basis von Solarzellen bilden – zeichnet sich dieser Trend ab. Jährlich werden Milliarden Wafer aus massiven Siliziumbarren gesägt. Für diesen Arbeitsschritt muss der Barren stets am Werkstückträger, dem sogenannten Beam, befestigt werden. Diesen gilt es wiederum an der Sägevorrichtung zu fixieren. Üblicherweise erfolgen beide Vorgänge durch die Klebung mit einem zweikomponentigen Epoxidharzklebstoff, der von speziell entwickelten Robotern aufgetragen wird. Sowohl aus kosten- als auch aus fertigungstechnischer Sicht wäre an dieser Stelle eine Technologie vorteilhaft, die das Fügen von Werkstück und Träger ohne Einsatz der teuren und wartungsaufwendigen Roboter sowie mithilfe eines nicht reaktiven, rein thermoplastischen Schmelzklebstoffs ermöglicht.
Kleiner Arbeitsschritt, großer Aufwand
Das Konsortium aus den drei Fraunhofer-Instituten „IFAM“ (Bremen), „CSP“ und „IMWS“ (beide Halle, Saale) mit den Unternehmen PV Crystalox Solar Silicon GmbH (Erfurt) und Jowat SE hat sich zum Ziel gesetzt, eine Technologie zu entwickeln, die das bisherige Verfahren nachhaltig ablöst. Neben einem neuartigen Kunststoff-Basisbeam steht dabei ein neues Klebstoffsystem im Fokus – es soll den Belastungen des Sägeprozesses zuverlässig trotzen können, aber im Anschluss leicht ablösbar sein. Die ursprüngliche Idee sah vor, den Klebstoff mit einem vom Fraunhofer IFAM entwickelten Additiv zu versetzen, das unter Anlegen einer Gleichspannung eine adhäsive Schwächung und vereinfachte Lösung der Klebung ermöglicht. Denn ein wichtiger Schritt in der Weiterentwicklung der Waferproduktion ist die schnelle wie spurenlose Entfernung des Klebstoffs – darauf liegt auch der Forschungsschwerpunkt des Jowat-Teams um Dr. Hartmut Henneken und seinen Mitarbeiter Elmir Velispahic. Die Klebstoffexperten gingen einen Schritt weiter und arbeiteten an einem System, das die bisherigen 2K-Klebstoffe ersetzen kann, sich aber mit geringerem technischen Aufwand ablösen lässt.
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