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25. Januar 2022 | Jonas & Redmann Group GmbH

Nächste Generation: Fertigungs- und Prozesstechnologien für Heterojunction-Solarzellen und Module für Industrie 4.0

Einblicke in das Forschungsprojekt der Jonas & Redmann Automationstechnik GmbH unter der Leitung von Bernhard Melzer und Sebastian Bartsch.

Immer weiter steigender Energiebedarf zwingt uns dazu, sich gezielt mit nachhaltigen Lösungen für eine umweltschonende Energiegewinnung auseinanderzusetzen. Neben Primärquellen wie Wind- und Wasserenergie bildet die Solarenergie eine der Hauptsäulen im Bereich der CO2-neutralen Energiegewinnung. Als Marktführer im Bereich Anlagenbau für die PV Industrie ist eine zuverlässige Lösung unter höchstem Qualitätsanspruch für Jonas & Redmann eine Selbstverständlichkeit. Derzeit wird der weltweite PV Markt von Modulen auf Basis kristalliner Siliziumtechnologie mit einem Marktanteil von nahezu 90% dominiert. Es ist bekannt, dass auch in Deutschland die Erzeugung mittels PV möglich ist. Die derzeit erzielbaren Stromgestehungskosten von 0.10 €/kWh – 0.16 €/kWh sind bereits heute realisiert, so dass die PV Industrie grundsätzlich attraktiv für einen weiteren Ausbau erscheint. Eine weitere Senkung der Stromgestehungskosten stellt die deutsche und europäische PV Industrie jedoch seit Jahren vor enorme Herausforderungen.

Um eine zukünftige Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten, müssen nicht nur die Produktionskosten, sondern zusätzlich auch die Investitionskosten nachweislich reduziert werden. Nur so ist es der europäischen PV Industrie möglich, gegenüber der starken Konkurrenz aus Asien (Japan, Korea, China und Taiwan) zu bestehen.

Vor nunmehr rund drei Jahren hat Jonas & Redmann beschlossen, sich im Rahmen eines Forschungsprojektes mit innovativen Fertigungstechnologien und neuen Modulkonzepten auseinanderzusetzen, um eine zukunftsweisende Technologie innerhalb der PV Industrie zu etablieren, welche eine Reduzierung der Stromentstehungskosten gewährleistet.

Die Notwendigkeit der Projektrealisierung ergab sich für Jonas & Redmann bereits aus dem gesellschaftlichen Ziel heraus, unsere Energieversorgung bis zur Mitte dieses Jahrhunderts überwiegend durch erneuerbare Energien abzubilden. Um die dabei obligatorische Wirtschaftlichkeit sicherzustellen, ist es notwendig, die photovoltaisch erzeugten Stromgestehungskosten (LCOE) soweit zu senken, dass erneuerbare Energien mit Hilfe der Photovoltaik auf 5ct/kWh reduziert werden. Gleichzeitig strebt Jonas & Redmann mit dem Forschungsprojekt an, die Leistung der einzelnen Module wesentlich zu erhöhen und die Verlängerung der Lebensdauer zu erzielen. Ferner wird die Erzielung geringer Modulproduktionskosten (< 40ct/Wp) durch flexible, hochautomatisierte Verbund-Produktion in den Mittelpunkt des Forschungsprojektes gestellt.

 

Um diese Ziele zu erreichen, entwickelte Jonas & Redmann die PECVD- und PVD Maschinengeneration mit Waferdurchsatzraten > 4000 W/h unter gleichzeitiger Einbindung in Industrie 4.0 Konzepte.

Grundlage bildet die Anlagen- und Prozesstechnologie einer auf Siliziumwafern basierenden Heterojunction-Fertigungstechnologie, welche seine Attraktivität für eine langfristig zuverlässige Energieversorgung bereits unter Beweis stellen konnte. Im Vergleich zu etablierten Zellkonzepten ist die Wettbewerbsfähigkeit ohne eine Optimierung im Herstellungsprozess allerdings nicht gegeben. Damit wird deutlich, dass die größte Herausforderung dieser neuen Technologie ist, kostenseitig wettbewerbsfähig zu den etablierten Zellkonzepten zu bleiben. Dies muss sowohl über neuartige Herstellungsprozesse als auch neue Anlagenkonzepte gewährleistet werden.

Zur Umsetzung des Forschungsprojektes wurde durchgehend eng mit renommierten Projektpartnern kooperiert. Ohne diesen engen Austausch und gute Zusammenarbeit wären die Ergebnisse wohl nicht erzielt worden.

In dem nunmehr abgeschlossenen Projekt wurden die Zell- und Modulherstellung anwendungsnah in entlang der gesamten Wertschöpfungskette erforscht. Im Fokus des Forschungsprojektes stand die Entwicklung neuer Prozess- und Handhabungsplattformen mit erhöhter Produktivität zur Herstellung von bifazialen, auf klassischer Multi-Busbartechnologie basierenden Heterojunctionsolarzellen und –modulen. Unter Berücksichtigung des Industrie 4.0 Konzeptes gelang es Jonas & Redmann, das vorhandene MES System bzgl. der prädiktiven Prozesskontrolle konsequent zu erweitern. Darüber hinaus konnten mit einem neuen Werkstoff und einer alternativen Geometrie erfolgreich die Saugträger der Ausrichtstationen optimiert werden, so dass so gut wie keine Defekte mehr verursacht werden. Ein unerwartetes neues Phänomen, mit dem Jonas & Redmann mit dieser neuen industriellen Anlage zum ersten Mal konfrontiert wurde, waren auf den Wafern erkennbare Riemenabdrücke. Es stellt sich heraus, dass erhitzte Wafer hierfür die Ursache sind. Durch Designänderungen konnten diese Effekte minimiert werden.

 

Die Referenzzellen haben einen sehr hohen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 22,99 %. Im Vergleich dazu verursachte der zusätzliche Transport durch die J&R Anlage eine Degradation, die kleiner als 0,1 % abs. war. Dieses herausragende Ergebnis übertraf die ursprünglichen Erwartungen der Projektgruppe.

Nach Abschluss des Projektes sind sich Jonas & Redmann sowie alle Projektpartner einig: Die Forschungsergebnisse können maßgeblich zu der weiteren Entwicklung in der PV Industrie beitragen. Die Produktion von Heterojunction-Solarzellen profitiert enorm vom Effizienzgewinn durch von Jonas & Redmann entwickelten und untersuchten, innovativen Maßnahmen. Die Zusammenfassung des Abschlussberichts wurde durch das TIB Leibnitz-Informationszentrum veröffentlicht und kann hier eingesehen werden.

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  • JR Kompetenzen

    Jonas & Redmann verfügt über weitreichende Kompetenz in der Automatisierung komplexer und vielschichtiger Produktionsprozesse.

    Automatisierung komplexer Prozesse

    Dabei sind wir besonders spezialisiert auf die Entwicklung von Technologien für Produktionsprozesse, die bis dato noch nicht automatisiert sind oder als nicht automatisierbar gelten. Profitieren Sie von unserem umfangreichen Prozess-Know-how aus zahlreichen Projekten in den Hochtechnologiebranchen: Photovoltaik, Energiespeicher, Medical Engineering und Montageautomation. Mit umfassender Expertise bieten wir unseren Kunden bewährte Prozesse und effiziente Systemlösungen für anspruchsvolle Anwendungen.

    Portfolio für Hochtechnologiebranchen

    Entwicklung neuer Produktionstechnologien und der dafür notwendigen Maschinen

    Standardisierte Plattformen für Automation, Messtechnik und Prozesstechnologien

    Laboranlagen, Einzelanlagen, Integrierte Produktionslinien

  • Verbindungstechnologien

    In der automatischen Montage kommt den Funktionseinheiten zum Fügen und Verbinden eine zentrale Rolle zu.

    Optimale Verbindungslösungen

    Wir integrieren eine breite Palette von Verbindungstechnologien in Ihre Gesamtlösungen zur Montage von Elektronik- und Automotivekomponenten.

    Portfolio Verbindungstechnologien

    Fügetechnik

    Schraubtechnik

    Einpresstechnik | Präzisionspressen

    Niettechnik

    Löttechnik zum Selektivlöten

    Schraubtechnik

    Heißsiegeln

    Schweißen

    Klebetechnik und Dosiertechnik

  • Markieren & Bearbeiten

    In der Produktion von Hightech-Produkten stellen sensible oder biegeschlaffe Materialien hohe Ansprüche an Bearbeitungs- und Markierprozesse.

    Bearbeiten von Hightechmaterialien

    Von hartsprödem Silizium, über biegeschlaffe ultradünne Folien bis hin zu Feinsthohlfasern – wir bieten Engineering-Expertise für die Bearbeitung zahlreicher Hightech-Materialien. Mit hoher Präzision und Qualität bearbeiten unsere Automatisierungslösungen auch Ihr komplexes Produkt, entsprechend der Spezifikation.

    Portfolio Markieren und Bearbeiten

    Abfüllen / Dosieren von Feststoffen und Fluiden

    Präzisionsdispensen von Pasten und Klebstoffen

    Beschichten von Oberflächen mit pastösen Medien

    Formgebung von Folienzuschnitten durch Stanzen

    Z-Falten von Separatorband in der Akkumulatorproduktion

    Umformen von Schlauch

    Umformen | Tiefziehen von Verbundfolien

    Ablängen, Bündeln und Zuschneiden von Hohlfasern

    Lasermarkieren

    Tampon- und Inkjetdruck 

    Etikettieren

  • Handling & Montage

    Jonas & Redmann ist Spezialist in der Konzeption und Fertigung intelligenter und hochflexibler Montagelösungen sowie kundenspezifischer Handlingtechnologie.

    Modulare Montage – Agil und Hochflexibel

    Wir bieten skalierbare automatisierte und halbautomatisierte Montage- und Handlinganlagen, in denen Elemente auf einfachste Weise rekonfiguriert werden können. Einfach umrüstbare Komponenten bieten Flexibilität und ermöglichen die Produktion unterschiedlicher Produkttypen. Die Integration von zusätzlichen Modulen mit neuen Funktionalitäten in bestehende Linien kann einfach umgesetzt werden.

    Portfolio Montage

    Montage von Kleinstteilen mit hohen Taktzeiten

    Präzisions- und Mikromontageautomaten

    Sortiertechnik für Schüttgut

    Pick & Place Module | Montage-Handlingmodule

    Robotik (alle Kinematiken)

    Palettiereinheiten

    Stapeleinheiten

    Dosiereinheiten

    Portfolio Handling und Transport

    Zuführungen

    Transfersysteme

    Portalhandlings

    Spezialgreifer für biegeschlaffe Materialien

    Spezialgreifer für hartspröde und ultradünne Materialien

    Transport- und Speichermedien für sensitive Produkte/ kundenspezifisch

    Modulare Greifer zur einfachen Umrüstung bei Variantenwechsel

    Werkstückträgerumlaufsysteme

    Automated Guide Vehicles

    Overhead-Transportsysteme

  • Messtechnik

    Für ein durchgängiges Qualitätsmanagement in der laufenden Produktion bieten  wir zuverlässige inline Messtechnik und In-Prozess Analyse-Software. Bereits während der Konzeption einer Anlage denken wir alle messtechnisch relevanten Schritte mit. Die fertige Gesamtlösung bietet auf Wunsch eine umfangreiche Qualitätsprüfung und -auswertung je Messzelle sowie über alle Prüfobjekte.

    Durchgängigkeit in der Qualitätssicherung

    Materialeingangsprüfung

    Durchgängige Prüfung und Überwachung während der Produktion mit integrierter Schlechtteilausschleusung

    End-of-Line Test

    Portfolio Messtechnik

    Robot-Vision-Systeme

    Oberflächeninspektion

    Vermessung von Schichtdicke    

    Präzisionswiegen

    Montage- und Vollständigkeitsinspektion

    Code Identifikation

    Inline Vermessung

  • Lasertechnik

    Wir bieten die Integration von Lasertechnik in Automatisierungstechnik, gepaart mit fundierter Prozesskompetenz in zahlreichen Laserapplikationen.

    Mikrobearbeitungsprozesse

    Ein eigenes Laserlabor und  die enge Kooperation mit Kompetenzstellen im Bereich Laserquellen und Optik ermöglichen die schnelle Entwicklung und Umsetzung kundenspezifischer Laserprozessanlagen.

     

    Laserbearbeitung in der Herstellung von Solarzellen

    Schneiden | Trennen von biegeschlaffen Materialien wie Folien und Separatoren,

    Schweißen von Ableitertabs in der Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen

    Entlacken | Entschichten z.B. von Kupferlackdraht in der Statorherstellung

    Markieren

  • Siebdruck

    Jonas & Redmann ist ein führender Hersteller vollautomatischer Anlagen zur Front- und Rückseitenmetallisierung von kristallinen Silizium-Wafern im Siebdruckverfahren.

    Hohe Siebqualität und geringer Pastenverbrauch

    Die gezielte Entwicklungsarbeit im Bereich Siebdruck seit 2009, gebündelt mit unserer Expertise in der Bearbeitung und Handhabung hartspröder Materialien, hat wegweisende Metallisierungsanlagen mit wettbewerbsentscheidenden Alleinstellungsmerkmalen hervorgebracht. Unsere Expertise im industriellen Siebdruck bringen wir gern in Ihr Projekt ein.

    Höchste Genauigkeit bei der Objektausrichtung und beim Siebdruck

    Soft-Print Technologie durch berührungsarme Transport- und Bearbeitungsstrategien

    Einzigartige Siebliftkinematik für hohe Sieblebensdauer

    Innovative Drucknestbeschickung

    Mehrschichtdruckprozesse in höchster Präzision

  • Softwareentwicklung

    Automatisierungssoftware ist essenziell für eine hohe Funktionalität und Effizienz. Eine Kernkompetenz der Jonas & Redmann liegt in der Entwicklung individueller Software für technisch komplexe Maschinen und Anlagen.

    Individuelle Softwarelösungen

    Wir entwickeln individuelle Software als integralen Bestandteil Ihrer Maschinen oder als ergänzende Applikation. Dabei profitieren Sie von unserer Erfahrung mit verschiedenen Steuerungs- und Visualisierungssystemen (Siemens, Beckhoff, Allen Bradley, kundenspezifisch).

    Portfolio Softwareentwicklung

    Hochsprachenprogrammierung

    Manufacturing Execution System (MES) Schnittstellen

    Systemintegration von Messtechnik | Prozesstechnik

    Programmierung von Industrierobotern

    Leistungssteigerung durch Software | Diagnose und Fernzugriff