Fraunhofer CSP

Raman-Spektroskopie-Technik soll Solarwafer analysieren

6. September 2016, 16:35 Uhr | Hagen Lang
µ-Raman-Spektrometer
Untersuchung einer Solarzelle unter einem µ-Raman-Spektrometer
© FH Südwestfalen/Bernd Ahrens

Die in der Pharmazie zur Überprüfung von Substanzen erfolgreiche Raman-Spektroskopie könnte bei der PV-Produktion neue Anwendung finden. Mit ihr lassen sich besonders effizient Verunreinigungen und Beschädigungen detektieren.

Kontaminationen und Beschädigungen von Solarwafern treten nicht häufig auf, machen aber umfangreiche Kontrollen und Reinigungen nötig. Werden Wafer beim Schneiden aus Siliziumblöcken beschädigt oder mit Sägemittel verschmutzt, schlägt sich dies in den Kosten nieder. Umfangreiche Detektions- und chemische Reinigungs-Verfahren sind nötig, bevor die Wafer zu Solarzellen weiterverarbeitet werden können.

»Es gibt bisher kein inline-fähiges Verfahren, das solche organischen Rückstände auf Wafer-Oberflächen analysieren kann. Wir wollen dafür die Raman-Spektroskopie nutzbar machen, die zugleich auch die Oberflächenbeschaffenheit direkt im Anschluss an den Sägevorgang überprüfen kann«, sagt Prof. Dr. Stefan Schweizer, der das Projekt an der Fachhochschule Südwestfalen leitet.

Bei der Raman-Spektroskopie werden Proben mit monochromatischem Laserlicht bestrahlt, aus dessen Streuungsfrequenzen Rückschlüsse über das vorliegende Material gezogen werden können. Auch Verunreinigungen sorgen im zurückgestreuten Licht für charakteristische Frequenzen, sie sind somit wie an einem Fingerabdruck zu identifizieren.

»Wenn uns das gelingt, haben wir ein leistungsstarkes Instrument zur lückenlosen und durchgehenden Kontrolle der Herstellungsqualität in der Fertigung von Siliziumwafern. Mögliche Verunreinigungen könnten frühzeitig erkannt und unnötige Reinigungsschritte eingespart werden. Das steigert die Materialeffizienz, senkt die Produktionskosten und schont die Umwelt«, umschreibt er die Ziele.

Bei der Raman-Spektroskopie müssen die Wafer im Gegensatz zu anderen Methoden nicht eigens vorbereitet werden. Damit ist die Kontrolle an jedem Schritt der Produktionskette ohne Probenpräparation zerstörungs-und kontaktfrei möglich. Es kann nicht nur festgestellt werden ob Wafer verschmutzt sind, sondern auch womit und wie stark.

»Wir wollen zunächst Detektionsgrenzen ermitteln, um zu zeigen, dass die Methode die nötige hohe Nachweisempfindlichkeit hat. Gleichzeitig werden wir in Zusammenarbeit mit den beteiligten Industriepartnern mit der Entwicklung eines Messkopfes beginnen, der in industriellen Anlagen eingesetzt werden kann«, umschreibt Dr. Hartmut Schwabe vom Fraunhofer CSP in Halle den Ablauf des bis Ende Juni 2019 laufenden Forschungs-Projekts.

Das Fraunhofer CSP bringt seine eigene Siliziumwafer-Produktionslinie und einen großen Pool an materialanalytischen Messverfahren in das Projekt ein, in dem zudem das wissenschaftliche Know-how der Fachhochschule Südwestfalen, die Expertise der Spectroscopy & Imaging GmbH als Hersteller von Raman-Spektrometern und die Erfahrung der Geb. Schmid GmbH im Bereich der Systemintegration im Rahmen von Inline-Messverfahren und -Geräten gebündelt werden.


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