Solarzellen, so die Erwartung, werden eine entscheidende Rolle beim Wandel des globalen Energienetzes hinzu erneuerbaren Energien spielen. In den vergangenen Jahrzehnten bestand die größte Herausforderung für die Solarenergie jedoch darin, den Wirkungsgrad der Solarzellen zu optimieren, d. h. wie viel Sonnenenergie mit Solarmodulen nutzbar gemacht werden kann. Seit den 1950er Jahren lag der Wirkungsgrad von Solarzellen bei 8-14 %; bis Mitte der 1980er Jahre kletterte er auf 20 %. Die heutigen kristallinen Standard-Silizium-Solarzellen sind zwar relativ billig in der Herstellung, wandeln aber im Durchschnitt nur 15-23 % der Sonnenenergie in nutzbaren Strom um.
Neue Materialien zur Effizienzsteigerung
Um mehr der energiereicheren Photonen der Sonne nutzbar zu machen, haben Forscher verschiedene Halbleitermaterialien wie Galliumarsenid und Galliumphosphid getestet, um höhere Wirkungsgrade als Zellen auf Siliziumbasis zu erreichen. Bei dieser Forschung wurden mehrere Schichten verschiedener Halbleitermaterialien übereinandergelegt um mit jeder Schicht, mit jeder Stufe ein breiteres Spektrum der Sonnenenergie zu absorbieren und umzuwandeln. Der aktuelle Weltrekord für die effizienteste Energieerzeugung durch eine Solarzelle verwendet einen Stapel aus sechs verschiedenen photoaktiven Schichten, um einen Wirkungsgrad von fast 50 % im Labor und fast 40 % unter Realbedingungen zu erreichen.
"Bisher waren solche geschichteten Solarzellen mit theoretischen Wirkungsgraden von mehr als 50 % teuer in der Herstellung, was ihren Einsatz auf Anwendungen wie Satelliten beschränkte, bei denen die Kosten weniger wichtig sind als Gewicht und Wirkungsgrad", fügt Sanjay Palanivel, VAT PV Product Manager, hinzu.
Stufenzellen-Designs sorgen für einen Schub
"Stufenzellen" werden hergestellt, indem z.B. eine Solarzelle auf Galliumarsenidphosphid-Basis auf eine konventionelle Silizium-Solarzelle geschichtet wird. Dieses Design eröffnet die Möglichkeit, Solarzellen mit höherem Wirkungsgrad zu Produktionskosten herzustellen, die mit denen traditioneller Silizium-Solarzellen vergleichbar sind.
Eine typische, automatisierte Solarzellen-Produktionslinie integriert alle Produktionsschritte, von der Vorbehandlung des Substrats über die Schritte der Dünnfilmbeschichtung, die Endmontage (Kontakte, Verkapselung und Prüfung) bis hin zur Qualitätskontrolle. Die Fertigung von Hochleistungs-Solarzellen folgt den gleichen Schritten, nur mit höheren Anforderungen an die Qualität der einzelnen Bearbeitungsschritte. Stabile Prozessabläufe unter immer gleichen Prozessbedingungen sind hier noch entscheidender. Dies bedeutet für alle Systemkomponenten Leistung in sehr engen Toleranzgrenzen und im Ideal mit der Fähigkeit gewisse Prozessschwankungen zu kompensieren.
Wichtige Produktionskomponente
Transferventile als Verbindungen zwischen einzelnen Prozesskammern und
-schritten der Solarzellenfertigung sind deshalb wesentliche Systemkomponenten, die Einfluss auf die Fertigungsqualität und -effizienz haben.
Transferventile können durch Ihren Betrieb Einfluss auf den Partikeleintrag sowie die Partikelaktivierung in Prozessen haben, die sich negativ auf die Fertigungsqualität der Zellen auswirken können. Fernen können thermische Verformungen von großen Prozesskammern, wie sie bei der Solarzellenfertigung üblich sind, an den Schnittstellen zu großen Transferventilen zu wechselnder Qualität in der Dichtung führen. Ebenso können dies unerwünschte Kondensationseffekte verursachen.
Mit den großen Transferventilen der neuesten Generation z.B. der Baureihe 07.7 oder der Baureihe 06.8 mit FlapVAT-Technologie bietet VAT Herstellern hier umfassende Lösungen.
Mit seinem optimierten Single-Motion-Design bietet das 06.8 eine vereinfachte Öffnungs- und Schließ-Bewegung für außergewöhnlich schnelle Zykluszeiten von 1,2 - 2 s, abhängig von der Öffnungsgröße. Dies macht das 06.8 zum schnellsten großen Transferventil seiner Klasse bei gleichzeitig minimalster Partikelaktivierung und adaptivem Dichtungsverhalten.
„Da der Erfolg der neuen Hochleistungssolarzellen vor allem auch am ‘Preis pro Watt’ gemessen wird, müssen Hersteller das richtige Gleichgewicht zwischen eingesetzter Zelltechnologie mit hohem Wirkungsgrad und kostenorientierter Fertigung halten", erklärt Sanjay Palanivel. "Die neueste Generation von VAT Transferventilen hilft Herstellern dabei dies zu erreichen. Entscheidend wird dabei immer mehr die 'Cost of Ownership' (CoO)-Betrachtung. Neben den Investitionskosten sind dabei hohe Präzision und Zuverlässigkeit, schnelle Zykluszeiten und geringe Wartungsaufwand die Kriterien, die eine optimale CoO bestimmen."