Für jede Anwendung eine Lösung

Suspensionen als Komponenten
Für praktisch alle Arten von Solarzellen werden zur Herstellung in irgendeiner Form Suspensionen oder Pasten verwendet. Diese bestehen aus Feststoffen im Mikro- bis Nanometerbereich, welche in einer Flüssigkeit fein verteilt sind. Die Partikel verleihen den Komponenten eine grosse spezifische Oberfläche und verbesserte optische Eigenschaften, um so den Wirkungsgrad der Solarzelle zu erhöhen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil von Suspensionen als Komponenten zur Herstellung von Solarzellen liegt in der Verarbeitung der Stoffe. Im Gegensatz zu Vakuumbeschichtungsverfahren lassen sich Suspensionen bei Umgebungsdruck und -temperatur kostengünstig auf unterschiedlichste Substrate aufbringen. Hierzu können zum Beispiel konventionelle Druckverfahren verwendet werden, welche zudem eine kontinuierliche Prozessführung (Rolle-zu-Rolle-Verfahren) erlauben.

Breites Spektrum an dispergierten Stoffsystemen
Die Vielfalt an Materialien, welche als Suspensionen in Solarzellen verarbeitet werden können, ist gross. So werden zum Beispiel elektrisch leitende Silber- und Aluminiumpasten zur Herstellung der Kontaktstellen verwendet, um die fotogenerierten freien Ladungsträger auf der Zellvorder- und Zellrückseite an die Last abzuleiten. Der in den Farbstoffzellen benötigte Farbstoff wird auf einem nanoporösen Halbleitermaterial adsorbiert. Zur Herstellung dieser Schicht kommen üblicherweise Titandioxidpasten zur Anwendung. Als Alternativen stehen aber auch andere Halbleiter wie Zink- und Zinnoxide zur Verfügung.

Die fotoaktiven Schichten in CIGS-(Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid/ Disulfid-)Dünnschichtzellen lassen sich ebenfalls verdrucken. Hierzu werden Nanopartikel der benötigten Elemente im gewünschten Verhältnis homogen in einer Flüssigkeit dispergiert.

Neben leitenden und halbleitenden Systemen kommen in Solarzellen auch elektrisch isolierende Materialien zum Einsatz. Solche Strukturen lassen sich zum Beispiel in Form von Glaslotpasten aufdrucken und anschliessend über einen Sinterprozess verfestigen.

In der Farbstoffzelle werden zudem auch Komponenten mit chemischen Funktionen verwendet. Platin- oder Kohlenstoffnanopartikel dienen als Katalysatoren und können dementsprechend als Pasten appliziert werden.

Bühler Lösungen
Bei der industriellen Herstellung partikelförmiger Solarzellenkomponenten mit spezifischen Eigenschaften ergeben sich verschiedene Herausforderungen. Um zum Beispiel in einer partikulären Schicht eine hohe spezifische Oberfläche zu generieren, sollte die Partikelgrösse im Nano- bis Mikrometerbereich liegen und eine enge Verteilung aufweisen. Hierzu sind Mahlprozesse mit hohem Energieeintrag erforderlich, um die hohen Produktanforderungen zu erfüllen.

Ein anderes wichtiges Kriterium bei der Verarbeitung von Fotovoltaikkomponenten, insbesondere von Halbleitermaterialien, ist die Vermeidung von Produktkontaminierung durch Abrieb. Die Mühlen sollten dementsprechend aus verschleissfesten und korrosionsbeständigen Materialien, wie zum Beispiel Keramik, gefertigt werden. Zudem erfordern temperaturempfindliche Produkte während der Vermahlung eine effiziente Kühlung und Temperaturregelung.

Für diese spezifischen Anforderungen bietet Bühler ein breites Spektrum an Lösungen zur Nassvermahlung von dünnflüssigen und pastösen Produkten. Die Ausführungen der Maschinen reichen von Labor- über Pilotmühlen bis zu leistungsstarken Produktionsanlagen. Dies umfasst sowohl horizontal und vertikal angeordnete Mühlen für den kontinuierlichen Betrieb im grossen Massstab als auch kleinere, benutzerfreundliche Lösungen für Kunden mit häufigen Produktwechseln. Spezielle Kühlkonzepte ermöglichen zudem die Verarbeitung temperaturempfindlicher Produkte.

Von MicroMedia® bis Trias®
Falls Partikel im Nanometerbereich verlangt werden, ist die MicroMedia® Perl Mill® die ideale Lösung für eine schonende Dispergierung scherempfindlicher oder harter fotovoltaischer Produkte. Hochfeste metallische Werkstoffe und extrem kleine Mahlkörper von 300 μm bis hinunter zu 20 μm gewährleisten eine kontaminationsfreie Vermahlung der Produkte bis in den Nanometerbereich. Diese Feinheit wird vor allem durch die effizienten Schervorgänge zwischen den Mahlperlen ermöglicht. Rotor und Stator der MicroMedia® Perl Mill® sind auch in keramischer Ausführung erhältlich, ideal für metallfreie Mahlprozesse.

Die Vermahlung verschiedener fotovoltaischer Materialsysteme erfordert die Verwendung verschleissfester und korrosionsbeständiger Apparate. Die Mahlkammer der Centex® Perl Mill® zum Beispiel kann aus DraisResist ® (gehärteter Stahl), DraisElast® (Polyurethan) und verschiedenen Typen von Keramiken gefertigt werden. Die besondere Bauart dieser Mühle erhöht die Anzahl der mahlwirksamen Kollisionen zwischen Produktpartikeln und Mahlperlen und reduziert somit den spezifischen Energiebedarf für die Erzeugung der geforderten Partikelgrössenverteilung. Für die Verarbeitung pastöser Produkte, wie zum Beispiel Metallpasten, sind die Bühler Dreiwalzwerke die bevorzugte Technologie. Das neue Dreiwalzwerk Trias® ermöglicht eine optimale Kontrolle der Produktqualität. Die Ausführung mit Keramikwalzen und ölfreiem Betrieb eignet sich bestens für Reinraumanwendungen und genügt somit höchsten Hygiene- und Qualitätsstandards. Die VIVA®-Technologie ermöglicht zudem eine variable Presskraft und eine gleichmässige Produktqualität über die gesamte Walzenlänge.

Je nach Formulierung kann die Viskosität von Suspensionen zur Herstellung von Solarzellenkomponenten beträchtlich variieren. Die konischen Rührwerkskugelmühlen (K-Serie) erlauben die Vermahlung von Produkten unterschiedlichster Viskosität und bieten eine hohe Flexibilität hinsichtlich Qualität der Mahlformulierung.