Vakuum-Greifer in der Photovoltaik

J. Schmalz, Glatten

Entscheidende Kriterien für die Wahl der Handhabungstechnologie sind deren Einfluss auf die Prozessstabilität im 24-Stunden-Betrieb und auf die Schadensminimierung. Umsetzen per Hand und mechanisches Greifen haben hier entscheidende Nachteile.

Aus diesem Grund werden in allen Bereichen der Photovoltaik-Produktion bevorzugt Vakuum-Greifer eingesetzt − insbesondere bei der schnellen Handhabung mit Parallel-Kinematiken oder Robotern. Doch eignet sich längst nicht jeder Vakuum-Greifer für sämtliche Prozessschritte der Handhabung von Photovoltaik-Komponenten, wie Greifen, Umsetzen, optisches Vermessen, Positionieren, Stapeln und Ablegen: Erstens sind Wafer und Zellen aus kristallinem Silizium mit typischen 200 bis 120 µm sehr dünn, und daher äußerst bruchempfindlich. Zweitens erfolgt die Herstellung zum Teil unter Reinraum- oder Nasschemiebedingungen, und stellt daher besondere Anforderungen an Produktions- und Handhabungseinrichtungen. Drittens wird die wettbewerbsintensive Solarindustrie zu immer stärkerer Produktions-Effizienz gezwungen, unter anderem aufgrund der stark degressiven Einspeisevergütung für Solarstrom in Deutschland.

Stand der Technik bei der Handhabung von Wafern und Solarzellen ist die Verwendung von konventionellen Vakuum-Sauggreifern oder Schwebesaugern nach dem Bernoulli-Prinzip. Beide Greifer-Varianten haben jedoch erhebliche Nachteile. Zwar lassen konventionelle Vakuum-Sauggreifer sehr hohe Querbeschleunigungen und somit kurze Zykluszeiten zu, jedoch treten an den Kontaktflächen chemische Verunreinigungen und starke mechanische Belastungen auf. Beim Schwebesauger sind mechanische und chemische Einflüsse deutlich geringer. Entscheidende Nachteile sind hier jedoch die wesentlich langsamere Taktrate, die relativ unpräzise Positionierung und das unkontrollierte Abblasen von Störpartikeln in den Prozessraum.

Der Wafer Greifer SWG von Schmalz vereinigt die Vorteile der oben genannten Lösungen, und eliminiert deren Nachteile. Basierend auf einem neuen Handhabungskonzept erlaubt der SWG eine neue Stufe der Prozesssicherheit und Schadensminimierung mit einer magischen Taktzeit von 1 Sekunde. Der Greifer nimmt den Wafer vollflächig und abdruckfrei auf und erfüllt dabei höchste Anforderungen hinsichtlich Beschleunigung und Verfahrgeschwindigkeit. Die positionsgenaue, sichere Handhabung ist dabei selbst bei Teilbelegung möglich. Durch die komplette Abführung der Vakuum-Abluft und der Kleinstpartikel aus dem Prozessraum ist eine Produktion unter Reinraumbedingungen möglich. Der Wafer Greifer wird momentan bei bekannten Herstellern getestet und im Laufe des Jahres als Serienprodukt erhältlich sein. Er kann für gängige Roboterflanschanbindungen bereit gestellt werden und beinhaltet bereits die komplette Vakuum-Erzeugung. Kundenanforderungen hinsichtlich Belegungszustand und Abstandsmessung lassen sich berücksichtigen. Aufgrund seiner kompakten und leichten Bauweise konnten bei der Wafer-Handhabung mit Parallel-Kinematiken namhafter Hersteller bereits Taktzeiten von unter 1 Sekunde realisiert werden.

EPP 415