Eigenschaften nanostrukturierter Fluorpolymerfolien

Eigenschaften nanostrukturierter
Fluorpolymerfolien
Cindy Steiner, Steffen Günther, Matthias Fahland
© Fraunhofer FEP
Motivation
 Ersatz Glas durch Kunststofffolie in
Solarmodulen
 Anforderungen
o Witterung direkt ausgesetzt
Entspiegelung
Substratfolie
Produktanbindung /
Solarzelle
2
© Fraunhofer FEP
 geeignetes Polymer
(Ethylentetrafluorethylen - ETFE)
o Erhöhung optische Transmission
 Entspiegelung
(Nanostrukturierung mittels
Plasmaätzprozess)
Oberflächenstrukturierung
- Nanostrukturen  „Mottenaugenstrukturen“
- Erzeugung gradueller Übergang zwischen Umgebung und Substrat
 keine direkte Grenzfläche
 Strukturen entweder
 direkt in Material oder
 Strukturierung vorher aufgebrachte Schicht
Quelle: A. Kaless; Dissertation Uni Jena, 2006
gradueller Übergang (Theorie)
3
© Fraunhofer FEP
Nanostrukturen (Praxis)
Herstellungsprozess
Initialschicht
Ätzprozess
Überbeschichtung
 Vorbekeimung
(bei ETFE nötig)
 Strukturierung
 Schutzschicht
(optional)
 oxidischer Prozess
 volloxidischer Prozess
 oxidischer Prozess
 einige Nanometer
(nicht geschlossene
Schicht)
gefördert durch das Bundesministerium
für Wirtschaft und Technologie (Nr.16IN0723-PolAR)
4
© Fraunhofer FEP
 einige Nanometer
 Parameter analog zur
Erzeugung der
Initialschicht
Herstellungsprozess - Anlage
 Rolle-zu-Rolle-Vakuum-Prozess
 Magnetrons als Plasmaquelle
 Initial-/Überbeschichtung durch
Einzelmagnetrons (EM)
 Ätzprozess im
Doppelmagnetronsystem (DMS)
 Targets (EM):
Si, Ti, Al
 Targets (DMS):
Al, Mg
 Substrat:
ETFE (ET6235-Z
50 µm von nowofol®)
5
© Fraunhofer FEP
Optische Eigenschaften – allgemein
6
© Fraunhofer FEP
Optische Eigenschaften – Prozessschritte
Überbeschichtung
(SiO2)
Initialschicht
(SiO2)
Ätzprozess
TZelle_CIGS ... Transmissionsgrad bezogen auf eine CIGS-Solarzelle (Wirkungsbereich ca. 300 nm – 1200 nm)
und Strahlungsleistungsdichte der Sonne bei AM 1,5g
7
© Fraunhofer FEP
Optische Eigenschaften – Materialvergleich
 Transmissionserhöhung 1,5 % bis
2,5 % für ETFE
 breites Materialspektrum
möglich (niedrig brechend bis
hoch brechend)
 Optimierung Prozessparameter
notwendig
SiOxCy – Abscheidung durch Magnetron-PECVD
8
© Fraunhofer FEP
Optische Eigenschaften – Materialvergleich
 keine signifikante Änderung
des Streuanteils durch
Nanostrukturierung
 Optische Entspiegelung auch
für Anwendungen mit
gerichteter Transmission
geeignet
SiOxCy – Abscheidung durch Magnetron-PECVD
9
© Fraunhofer FEP
Oberflächeneigenschaften - Kontaktwinkel
 Einstellung des Kontaktwinkels
durch Wahl Beschichtungsmaterial
 keine signifikante Beeinflussung der
optischen Eigenschaften
 Targetmaterial für Ätzprozess zeigt
ebenfalls Änderung Kontaktwinkel
 möglicherweise durch
unterschiedliche Ausbildung
Nanostrukturen
10
© Fraunhofer FEP
Oberflächeneigenschaften - Topografie
SiO2 – Al (Ätztarget) auf ETFE
SiO2 – Mg (Ätztarget) auf ETFE
 Strukturformen scheinbar abhängig vom Targetmaterial für Ätzprozess
 mögliche Ursache:
11
© Fraunhofer FEP
Abhängigkeit der Strukturform von Prozessparametern
Zusammenfassung / Ausblick

12
© Fraunhofer FEP
Vielen Dank…
M. Eng. Cindy Steiner
Fraunhofer FEP
Winterbergstraße 28,
01277 Dresden, Deutschland
Tel: +49 (351) 2586 143
[email protected]
www.fep.fraunhofer.de
13
© Fraunhofer FEP