Solarzellen-Ritzmaschine:

Kurze Antwort: Eine Solarzellen-Ritzmaschine schneidet Zellen durch kontrolliertes Laserritzen statt durch mechanisches Spalten auf Maß. Das ist wichtig, weil mechanisches Schneiden Mikrorisse entlang der Schnittkante erzeugt, und diese Risse wandern in den String und schließlich in das fertige Modul, wo die Elektrolumineszenz sie findet. Beim Ritzen wird Material entlang einer definierten Linie entfernt, sodass sich die Zelle mit einer sauberen Kante trennt. Die Maschinen decken Zellformate bis etwa 1200 mm Arbeitslänge mit Laserleistungen in der 10-W-bis-300-W-Klasse ab, je nach Zelltyp und Schneidgeschwindigkeit. Eine Ritzmaschine unterscheidet sich von einer Brechmaschine: Das Ritzen erzeugt die Schnittlinie, das Brechen trennt die Zelle entlang dieser durch kontrollierte Kraft. Die meisten Produktionslinien kombinieren beide in einem Durchgang, und die Wahl zwischen ihnen wird durch das Zellformat und die Kantenqualität bestimmt, die Ihre nachgelagerte Ausbeute benötigt.

PV-Modulfertigung · von Jerry, Ooitech

Einführung

In der Solar-Modulfertigung spielt die Solarzellen-Ritzmaschine eine entscheidende Rolle. Sie ist nicht nur ein zentrales Gerät zur Steigerung der Moduleffizienz, sondern auch ein Schlüsselwerkzeug zur Senkung der Produktionskosten und zur Optimierung des Fertigungsablaufs.

So funktioniert die Laser-Ritzmaschine: Präzision trifft Effizienz

Die Kerntechnologie der Ritzmaschine liegt in der Laserbearbeitung. Eine Laserquelle emittiert einen hochenergetischen Strahl (typischerweise Nanosekunden- oder Pikosekunden-Pulslaser), der durch ein optisches System auf einen Punkt von nur wenigen zehn Mikrometern Durchmesser fokussiert wird. Wenn der Laser auf die Zelloberfläche trifft, erreicht der bestrahlte Bereich innerhalb extrem kurzer Zeit (Mikrosekundenbereich) seinen Schmelz- oder Verdampfungspunkt, was ein präzises Schneiden ermöglicht.

Wichtige Daten, die dies unterstützen:

• Schnittpräzision: Laserritzen erreicht eine Schnittpräzision von ±10 Mikrometern, weit besser als die ±50 Mikrometer des traditionellen mechanischen Schneidens, was glatte Zellkanten und stabile elektrische Leistung gewährleistet.

• Wärmeeinflusszone (WEZ): Die WEZ-Breite der Laserbearbeitung beträgt in der Regel weniger als 20 Mikrometer, was thermische Schäden an der Zelle erheblich reduziert und die Umwandlungseffizienz schützt.

• Berührungslose Bearbeitung: Laserritzen erfordert keinen physischen Kontakt mit der Zelle, vermeidet mechanische Spannungen und erreicht eine Schnittausbeute von 99,5% oder mehr.

Warum müssen wir Solarzellen ritzen?

1. Verbesserung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz

Reduzierung von Verkapselungsverlusten: Laut dem ITRPV-Bericht sinkt der Modulleistungsverlust nach Einführung der Halbzellen-Technologie (Schneiden der Zellen in zwei Hälften) um etwa 2% bis 3%, während die Ausgangsleistung um 5% bis 10% steigt. Am Beispiel eines typischen 72-Zellen-Moduls kann der Leistungsgewinn durch die Halbzellen-Technologie 10W übersteigen.

Optimierung des Moduldesigns: Mit Halbzellen wird der Strom halbiert, der Widerstand sinkt auf 1/4 und der Leistungsverlust wird um das Vierfache reduziert. Darüber hinaus ist der Hot-Spot-Effekt bei Halbzellenmodulen deutlich geringer, was die Lebensdauer des Moduls um 10 % bis 15 % verlängert.

2. Senkung der Herstellungskosten

Reduzierung von Materialabfall: Durch Laser-Ritztechnologie verbessert sich die Materialausnutzung der Zellen auf über 98 %, während herkömmliches mechanisches Schneiden nur etwa 95 % erreicht.

Senkung der Wartungskosten: Geritzte Module arbeiten mit höherem Wirkungsgrad und reduzieren die Betriebs- und Wartungskosten langfristig um etwa 5 % bis 10 %.

3. Optimierung des Produktionsablaufs

Vereinfachung des Lötprozesses: Geritzte Zellen sind kleiner, wodurch die Lötfehlerquote auf unter 0,1 % sinkt und die Modulproduktionsausbeute deutlich verbessert wird.

Steigerung der Produktionseffizienz: Die Laser-Ritzmaschine kann mit Geschwindigkeiten von bis zu 1200 mm/s schneiden, wobei eine Einheit über 5000 Zellen pro Tag produziert, was die Gesamtanlageneffizienz erheblich verbessert.

4. Erfüllung unterschiedlicher Marktanforderungen

Anpassung an verschiedene Anwendungen: Geschnittene Zellen können flexibel angeordnet werden, um Anforderungen von verteilten Wohnsystemen bis hin zu großen Bodenstationen zu erfüllen. Beispielsweise kann die Mehrfachschnitt-Technologie (wie 1/3-Schnitt, 1/4-Schnitt) den Modulwirkungsgrad weiter verbessern, geeignet für hocheffiziente PERC-, TOPCon, und Heterojunction-(HJT)-Zellen.

Die Ritzmaschine besteht typischerweise aus einem Ladebereich, Ritzbereich und Entladebereich. Einige High-End-Geräte verfügen zusätzlich über eine Trocknungszone oder eine integrierte Lötfunktion. Am Beispiel einer selbst entwickelten Hochgeschwindigkeits-Wasserstrahl-gestützten zerstörungsfreien Ritzmaschine wie der CTC-80S umfassen ihre innovativen Technologien:

• Laser-Ritzung: Ritzlinien von nicht mehr als 2 mm Länge werden an beiden Enden der Zelle angebracht und erreichen 40 % Tiefe, um präzise Schnittstartpunkte zu gewährleisten.

• Heizung + Wasserspray: Ein 300-W-Laser erhitzt die Ritzlinie, gefolgt von Wasserkühlung. Unter Nutzung des Prinzips der Wärmeausdehnung und -kontraktion spaltet sich die Zelle entlang der Ritzlinie.

• Zerstörungsfreies Schneiden: Der gesamte Prozess ist frei von mechanischer Belastung, erzeugt glatte Schnittkanten ohne Beeinträchtigung der Zellleistung, mit einer Schnittausbeute von bis zu 99,8 %.

Die Solarzellen-Ritzmaschine ist nicht nur das chirurgische Präzisionsmesser der PV-Modulproduktion – sie ist eine treibende Kraft, die die Branche in Richtung höherer Effizienz und niedrigerer Kosten führt. Von der Steigerung der Moduleffizienz bis zur Senkung der Herstellungskosten, von der Optimierung des Produktionsablaufs bis zur Erfüllung vielfältiger Anforderungen – die Rolle der Ritzmaschine ist unersetzlich.

Ooitechs Perspektive

Ooitech glaubt: Die Laser-Ritztechnologie macht Präzision und berührungsloses Schneiden zum entscheidenden Hebel für die Herstellung hocheffizienter, kostengünstiger Solarmodule.