Die Firma ACI-Ecotec liefert Produktionsanlagen für die Photovoltaik- und Automobilindustrie. Im GeschäftsbereichPhotovoltaikzählenvollautomatische Kontaktierungslinien für Dünnschichtmodule, Trägersysteme für Siliziumzellen und -wafer sowie die Wafer-Vereinzelungssysteme zum Portfolio. Schlüsselfertige Produktionslinien für Solarmodule Thomas Hall runden das Programm des in Zimmern ob Rottweil ansässigen Unternehmens ab.

Das Inline-Vereinzelungssystem Ecosplit-IXL führt Solarzellen der Endreinigung zu. Bis zu 4300 Wafer pro Stunde schafft die Anlage. Die Sensorik spielte nicht immer mit – in Reflextastern in Edelstahl-Ausführung fand der Hersteller eine geeignete Sensorlösung.

© ACI-Ecotec

Die jüngste Weiterentwicklung im Bereich der automatischen Vereinzelung und Zuführung gesägter und vorgereinigter Solarwafer in die Endreinigung schafft eine besonders schnelle und schonende Handhabung mono- und polykristalliner Wafer.

Im Standardaufbau bewältigt die Anlage bis zu 3600 Wafer/h – eine Leistung, die sich durch Anpassungen auf bis zu 4300 Wafer/h steigern lässt. Die Beschickungslösung mit zwei Beladestationen ermöglicht es wechselnd, im laufenden Betrieb zu beladen. So kann die Anlage unterbrechungsfrei arbeiten. Um das zu ermöglichen, basiert die Vereinzelung der Solar-Wafer aus dem Wafer-Stapel auf einem patentierten Verfahren: Die gesägten Wafer werden nicht – wie üblich – von oben gegriffen, sondern von unten über ein Walzensystem abgezogen. Die Bruchrate beträgt bei diesem Verfahren nur 0,1 % – bei anderen automatischen Systemen bis zu 1 %. Bei manueller Vereinzelung liegt die Bruchrate sogar zwischen 2 und 3 %.

Während des gesamten Vereinzelungsprozesses auf bis zu acht Spuren verhindert eine permanente Befeuchtung das Trocknen der Wafer. Vom Einlegen der Wafer-Stapel bis zur Übergabe an die Reinigung überwachen Reflexlichttaster diesen Prozess. Die Sensoren sind also in der gesamten Anlage verteilt und detektieren die Position der Wafer. Mit den Positions-Informationen werden die Laufbänder der Anlage geregelt. Ein reibungsloser Ablauf wäre ohne die Sensoren nicht möglich.

Säure, Feuchtigkeit und Partikel

Mit den eingesetzten Sensoren gab es in der Vergangenheit jedoch immer wieder Probleme. Die Reflexlichttaster im Kunststoffgehäuse konnten zwar die Wafer gut vom Hintergrund unterscheiden, jedoch traten Undichtigkeiten auf. Wasser im Stecker sowie im Gehäuse führte regelmäßig zum Ausfall der Sensoren und zum Stillstand der Anlagen. Die Schutzart IP67 war für die im Vereinzelungsprozess zugeführte Feuchtigkeit ausreichend ausgelegt, das war demnach nicht das Problem. Als Ursache eruierte der Anlagenhersteller eine Lösung (Slurry) aus demineralisiertem Wasser, Bestandteilen organischer Säuren und Siliziumpartikeln. Diese Lösung haftet den Wafern aus den nass chemischen Herstellungsprozessen an und wird in das Vereinzelungssystem verschleppt.

Die bislang genutzten Sensoren hielten diesen Belastungen nicht lange stand. Um die bestmögliche Lösung zu finden, testete ACI-ecotec verschiedene Sensoren. Alle Geräte wurden zunächst über eine Woche im 3-Sekunden-Takt in die Säure-Wasser-Lösung getaucht. Zusätzlich wurden Sensoren über mehrere Tage mit der Lösung berieselt. In dem Test traten Sensoren unterschiedlicher Hersteller gegeneinander an, alle waren mindestens IP67-geschützt. Bis auf ein Modell waren die Sensoren in Kunststoff ausgeführt und alle Refl exlichttaster mit Hintergrundausblendung. Nach der Auswertung der Tests fiel die Wahl auf den Edelstahl-Lichttaster WTB4S-3 Inox von Sick. Nur in diesen Sensor trat während der Tests weder Flüssigkeit ein, noch zeigten sich Anzeichen von Materialunbeständigkeit oder Korrosion.

Ein weiterer Vorteil war die Gehäusebauform: Da die Einbaugröße den bislang eingesetzten Sensoren entsprach, waren keine Umbauten an der Maschine nötig. Für den Einsatz dieser Sensoren sprach auch die eingesetzte Pin-Point-Sende-LED. Diese besonders lichtintensive Technologie erzeugt einen sehr scharfen, homogenen, fast laserartigen Lichtfleck. Die Sensoren schaffen so eine besonders gute Hintergrundausblendung, was Vorteile bei der Detektion der schwierigen Wafer-Oberflächen bietet. Die Lichtschranken und Lichttaster der Baureihe W4S-3 Inox wurden von Sick ursprünglich für den Einsatz im Hygiene-Bereich entwickelt. Der Hersteller hat in die Gehäuse aus widerstandsfähigem Edelstahl 1.4435 bündig eingelassene Anzeige-LEDs integriert. Dadurch übertreffen die Sensoren die Anforderungen nach IP69k und eignen sich für nasschemische Prozesse.

Autor:

Thomas Hall ist Technical Industry Manager Electronic & Solar Industry bei Sick.