Inline-taugliche Metrologie-Plattform mit neuen Analysemethoden

Beschichtungen von industriellen Halbzeugen und Produkten helfen, spezifische Eigenschaften wie Schutz vor Wärme und Reflexionen zu erreichen. Für die Effizienz und Leistungsfähigkeit von Dünnschicht-Solarmodulen sind ausgereifte Beschichtungstechnologien besonders wichtig, da hier großflächige und homogene Beschichtungen mit elektro-optischen Funktionen benötigt werden. Die unterschiedlichen Eigenschaften der Schichten wie Gefügestruktur, Rauheit, Lichtdurchlässigkeit oder Homogenität beeinflussen den Wirkungsgrad dieser Solarmodule erheblich. Bislang ist es lediglich bei sehr kleinen Prüfkörpern möglich, diese Eigenschaften zu bestimmen.

»Gemeinsam mit industriellen Anwendern entwickeln wir ein neuartiges Messverfahren, mit dem es möglich ist, großflächig und zerstörungsfrei die Schichteigenschaften von bis zu zwei Quadratmeter großen Dünnschichtmodulen zuverlässig zu bewerten. Die Messtechnik wird inline-tauglich sein, lässt sich also in bestehende Herstellungsprozesse integrieren«, sagt Prof. Ralph Gottschalg, Leiter des Fraunhofer CSP.

Die Forscher nutzen neben bestehenden Messverfahren auch neue Analysemethoden wie hyperspektrale Verfahren, sodass die spektral aufgelösten Daten Rückschlüsse auf Probencharakteristika wie Schichtdicke, Brechungsindizes oder Absorptionskanten bieten. Um die Skalierung auf Großformate zu ermöglichen, wird eine Metrologie-Plattform inklusive prototypischer Messeinrichtung entwickelt, die für den Einsatz in einer bestimmten Produktionsumgebung individualisiert werden kann. Durch die mit der Plattform gewonnenen Daten können Kunden eine bessere Prozesskontrolle erreichen, die positiven Einfluss auf den Wirkungsgrad der Module hat. 

Da das Halbzeug unterschiedliche Anforderungen an die optische und elektrooptische Charakterisierung bei der Messung bestimmter Schichteigenschaften stellt, werden in dem Forschungsprojekt flexible Messkonzepte und Messkonfigurationen berücksichtigt: »Um die Anwendungen auf den jeweiligen Einsatzzweck und die zu ermittelnde Zielgröße abstimmen zu können, erfolgen die Untersuchungen an kleineren Substraten und Halbzeugen, die in Kooperation mit den Projektpartnern gezielt mit typischen Prozessvariationen hergestellt werden«, sagt Dr. Christian Hagendorf, Projektleiter am Fraunhofer CSP. Hierbei ermöglichen LED-Beleuchtungseinheiten eine homogene und spektral selektive Bestrahlung, sodass ein Übertrag vom Labormaßstab auf industrielle Größen ohne Einbußen in der Genauigkeit gewährleistet ist. 

Die gewonnenen Erkenntnisse im Bereich der Materialcharakterisierung, der Technologieentwicklung und Messtechniken lassen sich auch auf Projekte aus der Beschichtungs-, Glas- und Halbleiterindustrie übertragen, für die die am Fraunhofer CSP entwickelte Messplattform ebenfalls zur Verfügung steht.