Blaues Gold aus Sachsen

Arise Technologies hat moderne Solarzellenfertigung in Betrieb genommen

18.09.2009 Wertschöpfung wurde in und um Dresden seit jeher groß geschrieben: Anfang des 18. Jahrhunderts entdeckte ein Alchimist beim „Goldmachen“ das Porzellan. Heute steht Silizium im Fokus: Mitte des Jahres hat Arise in Bischofswerda die zweite Linie einer hochmodernen Solarzellenfertigung in Betrieb genommen. Für Automatisierung und Medienversorgung zeichnete Actemium Controlmatic verantwortlich.

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Bei der Fertigung von Solarzellen zählt vor allem eines: der Wirkungsgrad. Beim Zellenhersteller Arise im sächsischen Bischofswerda dreht sich alles darum, die beiden kontinuierlichen Fertigungslinien – eine für polykristalline Wafer (40MW p.a.), eine für monokristallines Basismaterial (45MW p.a.) – auf Lichtausbeute zu trimmen. „Im Januar haben wir bei unseren polykristallinen Zellen auf Linie1 noch einen Mindestwirkungsgrad von 15,0% erreicht. Sechs Monate später waren wir bereits bei 15,6%“, verdeutlicht Sjouke Zijlstra, Geschäftsführer von Arise Technology Deutschland, die Entwicklung. Zijlstra: „Die Nachfrage nach Qualität nimmt deutlich zu.“

Um diese zu befriedigen, hat das kanadische Unternehmen im Frühjahr eine zweite Linie für die Fertigung von monokristallinen Solarzellen installiert. Gegenüber polykristallinen Zellen zeichnet sich das aus einem Kristall gesägte Material durch einen höheren Wirkungsgrad aus. Die hauchdünnen Siliziumwafer werden dabei in einem chemieintensiven kontinuierlichen Prozess veredelt: Zunächst werden dazu die Wafer von allen Seiten angeätzt und gereinigt um den oberflächennahen Bereich zu entfernen, der durch das Schneiden des Siliziums „geschädigt“ wurde. Danach wird in einem bis 900°C heißen Ofen Phosphor eindiffundiert. Dadurch entsteht der p-n-Übergang, der für die Anregung der durch Licht erzeugten Ladungsträger verantwortlich ist. Durch Lichteinstrahlung werden positive und negative Ladungsträger freigesetzt und es fließt elektrischer Strom.
Bei der Diffusion bildet sich auf dem Wafer eine Oxidschicht, welche durch eine Flusssäurebehandlung entfernt werden muss. Vor der Kontaktierung der beiden Pole des p-n-Übergangs wird die Vorderseite mit einer Antireflexschicht aus Siliziumnitrid vergütet. Schließlich werden auf der Vorder- und Rückseite Metallkontakte aufgedruckt; hinten als ganzflächige Schicht aus Aluminium sowie zwei oder drei Busbars aus Silber und vorne in Form von dünnen „Fingern“ aus Silber und wiederum zwei oder drei Busbars. Danach werden die aufgebrachten Schichten in einem Firing-Prozess verfestigt. Im letzten Schritt werden die Zellen gelastert um Vorder- und Rückseite voneinander zu isolieren und dann werden diese vermessen und klassifiziert.

Sichere Chemieversorgung

Im Prozess müssen aggressive Chemikalien wie Fluss-, Salpeter- und Salzsäure sowie toxische und brennbare Gase wie Silan und Ammoniak sicher gehandhabt werden. Die komplette Chemieversorgung, das Vakuumsystem und die Steuerung und Leittechnik der Anlage wurden vom Systemhaus Actemium Controlmatic geplant und realisiert. Der in der Chemie als Systemintegrator für Mess- und Regeltechnik bekannte Lieferant hat sich in den vergangenen Jahren verstärkt auf die Solarbranche spezialisiert. „Wir haben inzwischen verfahrenstechnische Kompetenz hinzugewonnen und wollen uns zukünftig stark auf die Solarindustrie fokussieren“, erklärt Gerald Taraba, Regionalgebietsleiter von Actemium Controlmatic (siehe Kasten).

Als Leitsystem kommt das PCS7 V7 von Siemens mit redundanter CPU zum Einsatz. Die Sicherheitssteuerung ist eine AS412FH vom selben Hersteller. In diese wurden die Komponenten einer Gaswarnanlage (Dräger) integriert. Alle anderen Systeme wie die Wasseraufbereitung, Gas- und Chemieversorgung etc. wurden via Bus (Profibus) und OPC-Server mit dem Leitsystem gekoppelt.
Das komplette Projekt wurde von einer Arbeitsgemeinschaft zur technischen Gebäudeausrüstung (TGA) unter der Leitung des niederländischen Planungsbüros DHV im Zeitraum von Dezember 2006 bis Dezember 2008 geplant und realisiert. Klima- und Lüftungstechnik kamen von Axima. „Wir haben große Erfahrung in der Halbleiterindustrie hier in der Region und die Arbeitsgemeinschaft spart fehlerträchtige Schnittstellen“, erklärt dazu Jens Schramm, bei Actemium Leiter der Business Unit Dresden.

Zweite Linie für monokristalline Zellen

Aufgrund der guten Erfahrungen entschied sich Arise auch beim Bau der zweiten Linie für die Zusammenarbeit mit den bereits bewährten Partnern; diese wurde im Zeitraum von Januar bis April 2009 gebaut und im Juni für die Produktion freigegeben. Auch galt die Besonderheit, dass die Fertigung kontinuierlich – also ohne Zwischenpuffer – erfolgt. Da dies bei laufendem Betrieb geschehen musste, zahlte sich die Vorarbeit bei der Planung der Gebäudestruktur aus: Sämtliche Versorgungseinrichtungen wurden in einem eigenen Stockwerk unter der Fertigung untergebracht. Dazu gehören unter anderem zwei ölfrei verdichtende, frequenzgesteuerte Kompressoren von Atlas Copco (ZR 160), sechs Klauenvakuumpumpen des Typs Mink von Busch Vakuumpumpen sowie drei Pumpstände von Pfeiffer Vakuum.

Die Gebäudestruktur und der kontinuierliche Prozess machen es außerdem möglich, dass im endgültigen Ausbau mit dann insgesamt vier Linien, in dem Gebäude eine Produktionskapazität von über 200MW p.a. erreicht werden kann. Die Produktion soll im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr erfolgen und eine Verfügbarkeit von 90% erreichen.

„Wir wollen uns zukünftig stark auf die Solarindustrie fokussieren“
Gerald Taraba ist Regionalgebietsleiter von Actemium Controlmatic

Heftausgabe: Special Photovoltaik-Produktion 2009

Über den Autor

Armin Scheuermann ,
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