Morgendagens fiberlaser skærer mikrotynde solceller

Stand 91 syner ikke af meget, sådan som den er gemt lidt væk i periferien af udstillerområdet i Musikhuset Aarhus, der i disse dage huser højteknologimessen Industrial Technologies 2012.

Men den lille hjørnestand er faktisk udstillingsvindue for to af de mest ambitiøse europæiske fiberlaserprojekter p.t. Det ene projekt omhandler udvikling af teknologi til laserskæring af tyndfilmssolceller, det andet omhandler fiberlaserteknologi til svejsning i polymer.

Selv om de deler stand, har de to projekter sådan set ikke andet til fælles, end at omdrejningspunktet er fiberlasere, og at begge projekter har millioner af støtteeuro i ryggen - det totale budget er således godt 20 millioner euro.

Det første konkrete eksempel på et produkt fremstillet med PolyBright-projektets fiberlaser: en prototype på en GPS-antenne, hvis øvre og nedre polymerskal nu kan svejses sammen ved brug af laser i stedet for traditionelle, men ikke ideelle, løsninger som lim eller ultrasonisk svejsning. (Foto: Morten Lund) Illustration: Morten Lund.
Professor Stefano Selleri fra Parma Universitet med en miniatureudgave af et CdTe PV solcellemodul. Opdelingen af cellerne er foretaget med Alpine-projektets avancerede fiberlaser, der sikrer højere effektivitet og mindre materialespild i produktionen (Foto: Morten Lund). Illustration: Morten Lund.

Italienske Stefano Selleri, Parma-universitetet, er den første til at tage imod Ingeniørens udsendte. Den italienske professor er en del af solcelleprojektet, der er døbt Alpine (Advanced Lasers for Photovoltaic INdustrial processing Enhancement).

Kan øge effektiviteten med 15 procent

Som navnet antyder, går projektet ud på at udvikle såvel fiberlaserteknologi som nye fotoniske materialer til tyndfilmssolceller.
Traditionelle siliciumsolceller sidder fortsat på langt størstedelen af markedet for solceller - 90 procent i 2011 - men forventningen er, at brugen af specielle fiberlasere kan øge den minutiøse præcision, som er alfa og omega i fremstillingen af tyndfilmssolceller.

»I stedet for en traditionel mekanisk skæring er ideen at bruge fiberlasere til laserskæring i forbindelse med produktionen af solcellemodulerne. Hvis man bruger en laser, giver det meget bedre præcision og højere effektivitet, fordi materialespildet ikke er lige så stort,« fortæller Stefano Selleri, mens han fremviser et konkret resultat af de foregående tre års forskningsarbejde: et lille CdTe PV-solcellemodul med 11 celler skåret med laser.

Dybden i hver rille er 6 mikrometer, og bredden er 52 mikrometer. Den italienske professor forventer, at teknologien kan forøge solcellernes effektivitet med cirka 15 procent og nedbringe produktionsomkostningerne. Direkte adspurgt erklærer han også, at det i sidste ende vil gøre det billigere for forbrugerne at investere i tyndfilmsolceller.

Samtidig giver de ultratynde materialer - den typiske tykkelse ligger på cirka 10 UM - bedre fleksibilitet og mulighed for at anbringe solcellerne på keramiske overflader. Det åbner op for, at fremtidens solcelleanlæg kan placeres på eksempelvis husmuren og ikke partout skal op på taget.

Har kommercialiseret flere produkter

Alpine-projektet færdiggøres i august. Ifølge Stefano Selleri har amerikanske og canadiske virksomheder tidligere eksperimenteret med brugen af fiberlasere til fremstilling af tyndfilmssolceller, men i Europa er der ham bekendt ingen andre, der arbejder med teknologien.

Hvorfor har man ikke kunnet gøre det her før?
»Det har været en lang proces, for vi startede helt fra begyndelsen med forskellige fibermaterialer til laseren. Og samtidig har vi arbejdet med at transformere de fotoniske materialer til en moden teknologi.«

Står industrien klar til at overtage teknologien?
»Mange af partnerne i projektet (der er 15 i alt, red.) er industrielle partnere, og nogle af dem, som NKT og Eolite, har allerede brugt nogle af resultaterne i endelige solcelleprodukter og patenteret nogle af resultaterne,« slutter Stefano Selleri.

Høje bølgelængder og høj effekt et krav

På den modsatte væg på Stand 91 er det stadig en fiberlaser, der indtager hovedrollen, men dog i en helt anden boldgade. Her handler det om at udnytte lasersvejsning til fremstilling af polymer-baserede materialer inden for blandt andet mediko- og automobilindustrien.

Lasersvejsning af polymer er en gammel traver - tænk eksempelvis på bilnøglerne fra senhalvfemserne med deres automatiske tænd/sluk-mekanismer - men indtil nu har det været yderst vanskeligt at lasersvejse to polymerelementer i i forskellige farver eller med forskellige tilsætningsstoffer på grund af deres specielle optiske egenskaber - det ene element vil så at sige absorbere energien fra laserstrålen, inden den når ned til det andet element nedenunder.

Men nu mener en gruppe forskere at have udviklet en ny fiberlaserteknologi, der både gør det muligt at lasersvejse polymerer i forskellige farvekombinationer og samtidig lasersvejse transparente polymerer uden brug af absorberende lag mellem polymererne - noget, der ellers har været en nødvendighed hidtil.

Nøglen til succes er en fiberlaser, der på samme tid kan levere tilstrækkeligt høje bølgelængder og effekt, fortæller Alexander Olowinsky fra Frauenhofer-instituttet, der er projektkoordinator på PolyBright, som projektet hedder.

»Problemet indtil nu har været, at der ingen laserkilder har været på markedet, der kunne levere nok effekt. Bølgelængder på 1,5 mikrometer er velkendt i fiberlasere inden for telekommunikation, men deres effekt er få milliwatt. Vi har udviklet et fiberlasersystem med 120 watt. Og vi er faktisk ved at udvikle et nyt system, der leverer 500 watt. Så det er ganske imponerende,« lyder det fra Alexander Olowinsky.

Bruges til Coloplasts stomiposer

Ligesom sin italienske kollega har han et pædagogisk produkteksempel med til de uoplyste. Han fremviser en prototype på en ny slags GPS-antenne, som er fremstillet ved brug af PolyBrigths fiberlaser: to runde polymerelementer i plastik, som er svejset sammen til en ydre skal, der beskytter den elektroniske indmad. Det ligner lidt en sekskantet madpakke.

»Tidligere var skallen limet sammen, men det er dårligt til en udendørs applikation, fordi limen kan give huller, så fugten kan trække ind til elektronikken. Alternativet er ultrasonisk svejsning, men det skaber vibrationer inde i kernen, og det fungerer ikke godt med elektronikken. Så de spurgte os: 'Kan I svejse den her med laserfiberen?',« fortæller Alexander Olowinsky, som tilføjer, at man endte med at bruge en laser med en bølgelængde på 1,5 mikrometer og en effekt på 100 watt.

Den færdige GPS-antenne er nu kommercielt tilgængelig, og Alexander Olowinsky forventer, at teknologien også kan bruges til andre produkter såsom indmad til vaskemaskiner, automobilapplikationer og ikke mindst medikoprodukter såsom katetre og stomiposer - blandt andet er danske Coloplast involveret i projektet på den front. Andre kommercielle partnere inkluderer tyske IPG og Limo. PolyBright løber foreløbigt indtil september 2013.

Indtil torsdag præsenterer over 80 europæiske virksomheder og forskningsprojekter industriens bud på højteknologiske løsninger, der skal tegne Europas industri frem mod 2020.

Messen hedder Industrial Technologies 2012 og arrangeres af Aarhus Universitet, Aalborg Universitet samt konsulentvirksomheden Spinverse.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

»Problemet indtil nu har været, at der ingen laserkilder har været på markedet, der kunne levere nok effekt. Bølgelængder på 1,5 mikrometer er velkendt i fiberlasere inden for telekommunikation, men deres effekt er få milliwatt. Vi har udviklet et fiberlasersystem med 120 watt. Og vi er faktisk ved at udvikle et nyt system, der leverer 500 watt. Så det er ganske imponerende,« lyder det fra Alexander Olowinsky.

Der er tilgængelige højeffekt højkvalitets fiber lasere med 1,5 µm bølgelængde. F.eks. http://www.ipgphotonics.com/products_15_mi... projektpartneren NKT har dem dog endnu ikke i sit produktprogram.

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten