Fraunhofer ILT entwickelt Polygonscanner Lasermaterialbearbeitung mit Schallgeschwindigkeit

Wie lässt sich der Durchsatz in der PV-Produktion mit diffraktivoptischen Elementen deutlich erhöhen? Eine Antwort liefert jetzt das Fraunhofer ILT: Die Forscher haben auf der PVSEC erstmals den Prototypen eines Polygonscanners gezeigt, mit dem sich Solarzellen mit mehreren hundert Metern/Sekunde strukturieren lassen.

Der Polygonscanner erlaubt die zweidimensionale Strukturierung dünner Schichten mit extrem hohen Geschwindigkeiten von derzeit 360 m/s. Das Ziel ist laut Moritz Schaefer, Physiker am Fraunhofer ILT aber noch ehrgeiziger: Künftig wollen die Forscher sogar Geschwindigkeiten von bis zu einem Kilometer pro Sekunde erreichen. 

Die aktuellen Entwicklungen bei Ultrakurzpulslasern erreichen immer neue Rekorde bzgl. der Laserleistung und Pulsrate. Will man hochqualitative Bearbeitungsergebnisse erzielen, müssen die einzelnen Laserpulse separiert werden, um eine Überhitzung des Materials zu vermeiden. Bei Pulsfrequenzen im muli-MHz-Bereich reicht die Scangescheindigkeit von Galvanometerscannern nicht mehr aus, wodurch diese Laser nur mit reduzierter Leistung verwendet werden können.

Bei den Polygonscannern rotiert ein Polygonspiegel mit hoher, konstanter Drehzahl, wodurch sich die maximale Bearbeitungsgeschwindigkeit um ein Vielfachers erhöht. Das ermöglicht einen geringen Pulsüberlapp für ein optimales Ergebnis bei gleichzeitiger Ausnutzung der vollen Laserléistung. Ein auf den Polygonspiegel auftreffender Laserstrahl wird entlang der Linie abgelenkt. Das Verschieben dieser Linie für eine flächige Bearbeitung erfolgt duch das Verfahren des Werkstücks. Die puls- und positionsgenaue Modulation des Laserstrahls erfolgt synchronisiert zur Position des Polygons und der Achse.

"In Kombination mit modernen Strahlquellen mit hohen Repetitionsraten kann der Polygonscanner den Durchsatz in der Produktion also signifikant erhöhen", resümiert Schaefer. 

Der Polygonscanner lässt sich sowohl für die Bearbeitung von Dünnschicht-Solarmodulen als auch von kristallinen Solarzellen einsetzen.