»Die Metallisierung per Siebdruck ist verfahrensbedingt auf einen Durchsatz von aktuell circa 0.9 Sekunden pro Solarzelle und Spur begrenzt «, begründet Dr. Florian Clement, Leiter der Abteilung Produktionstechnologie – Strukturierung und Metallisierung am Fraunhofer ISE das Forschungsinteresse. »Der Druck ist damit ein Flaschenhals im Produktionsprozess von Silicium-Solarzellen, und auch im Beschichtungsprozess von Stückgut-Komponenten in vielen anderen Branchen«.

Um den Durchsatz bei der Metallisierung weiter steigern zu können, entwickelte ein Projektkonsortium um die ASYS Automatisierungssysteme GmbH und das Fraunhofer ISE deshalb eine Demonstrator-Anlage für die Hochdurchsatz-Metallisierung von Silicium-Solarzellen und anderen elektronischen Bauteilen. Im Rahmen eines Proof of Concept konnten sie nun zeigen, dass sich der Durchsatz des Druckprozesses um den Faktor 1,5 erhöhen lässt. »Die Anlage hat das technische Potenzial den Durchsatz im Vergleich zu Siebdruckanlagen zu verdoppeln,« erklärt Dr. Andreas Lorenz, Projektleiter am Fraunhofer ISE.

Die Anlage verfügt über ein neu entwickeltes Hochdurchsatz-Transportsystem. Dabei werden die zu beschichtenden Bauteile auf autonomen »Shuttles« mit hoher Geschwindigkeit und Präzision durch Druckwerke der Schweizer Maschinenbaufirma Gallus Ferd. Rüesch AG (Teil der Heidelberger Druckmaschinen AG) transportiert und mit feinsten Strukturen passgenau beschichtet. Je nach Anforderung kann ein Rotationssiebdruckwerk oder ein Flexodruckwerk zugeschaltet werden, weitere Druck- und Beschichtungsverfahren wie Multi-Nozzle Dispensing und Tiefdruck sind aufgrund der modularen Bauweise ebenfalls integrierbar.

Die möglichen Anwendungsgebiete der neuen Anlage gehen dabei weit über die Metallisierung von Siliciumsolarzellen hinaus. Während die überwältigende Mehrheit der Druck- und Beschichtungsanlagen im Markt nach dem Prinzip »Rund-zu-Rund« arbeitet und damit auf bahnförmige Substrate beschränkt ist, adressiert diese Anlage die Hochdurchsatz-Beschichtung von Stückgut-Komponenten wie Solarzellen, Leiterplatten, Chipkarten und einer Vielzahl weiterer Bauteile.

Verfahren und Anlage wurden in den Forschungsprojekten »Rock-Star« und »Rock-IT« entwickelt und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Bundesministerium für Wirtschaft und Klima BMWK (ehemals BMWi) gefördert.