IDS Imaging Development Systems Hochauflösende GigE-Kameras prüfen Solar-Wafer

Ausschlaggebendes Kriterium für den Einsatz von Solarmodulen ist ihr Wirkungsgrad. So werden bei deren Produktion hohe Anforderungen an die Qualität der Solar-Wafer gestellt. Eckelmann stellt sich dieser Herausforderung mit einer neu entwickelten Anlage zur Prüfung von Solar-Wafern. Hoch auflösende Gigabit-Ethernet-Kameras von IDS und eine leistungsfähige Bildauswertung bilden das Rückgrat dieser Anlage.

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IDS Imaging Development Systems GmbH

Steigende Energiepreise lassen den Ruf nach regenerativen Energiequellen lauter werden. Eines der am stärksten wachsenden Gebiete ist dabei die Photovoltaik, also die Erzeugung von Strom aus Sonnenenergie. Rascher technologischer Fortschritt trägt dazu bei, dass der breite Einsatz von Solaranlagen immer rentabler wird. Bundesweite Förderprojekte wie das „100 000 Dächer“-Programm kurbeln den Solarmarkt zusätzlich an.

Die auf der Erdoberfläche auftreffende Sonnenenergie kann bis zu 1000 Watt pro Quadratmeter betragen. Auf den ganzen Erdball hochgerechnet entspricht diese Sonnenenergie dem mehr als 10 000-fachen Weltjahresbedarfs an Primärenergie – die Herausforderung ist, dieses Potenzial bestmöglich zu nutzen.

Das in der Regel für Solarzellen verwendete polykristalline Silizium ist in der Herstellung aufwändig und damit teuer. Der Wirkungsgrad, das heißt der Anteil der in Strom umgewandelten Sonnenenergie, sollte also so groß wie möglich sein; das theoretische Maximum von 30 Prozent wird selbst im Labor noch lange nicht erreicht.

Für die Fertigung der etwa 0,2 mm dünnen Siliziumscheiben im Rohstadium bedeutet das höchste Ansprüche an Reinheit und Fehlerfreiheit. Häufig auftretende Fertigungsfehler, die zum Stromverlust im Solarmodul führen würden, sind Risse, Abplatzungen (Chips) oder Kantenausbrüche an den Wafern. Als einzig praktikable Möglichkeit, um solche Fehler frühzeitig zu erkennen, hat sich hier die digitale Bildverarbeitung mit hochauflösenden Kameras erwiesen. Die schwierige Handhabung der zerbrechlichen Wafer sowie die notwendigen hohen Taktraten in der Produktion machen eine manuelle Qualitätskontrolle nahezu unmöglich.

In einer Sekunde genau prüfen

Die Abteilung Bildverarbeitung & Intralogistik bei Eckelmann entwickelt derzeit eine neue Prüfstation für einen Kunden, der mehrere Wafer-Fertigungslinien damit bestücken möchte. Auf den Fertigungslinien werden Wafer mit einer Taktrate von 3600 Stück in der Stunde produziert. Damit bleibt knapp eine Sekunde, um einen Wafer auf Risse, Chips und Kantenausbrüche zu prüfen. Zusätzlich muss jeder Wafer hinsichtlich seiner Fläche und des Winkels der abgeschrägten Ecken vermessen werden. Bei Fertigstellung der Prüfstation werden mehr als zwei Mannjahre Entwicklungsarbeit in die Kameraansteuerung und Bildauswertung geflossen sein.

„Das kniffligste war, die geforderte Genauigkeit gepaart mit der kurzen Taktzeit zu erreichen“, resümiert Jan Helmerichs, einer der zuständigen Software-Entwickler. Die Arbeit hat sich gelohnt: Mit der Kombination aus großem Sichtfeld, hoher Messgenauigkeit und einer kurzen Taktzeit von 0,8 s liegen die Wiesbadener nach ihrer Einschätzung vor der Konkurrenz.

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