MIRACLE - Hochdurchsatz Mikroablation zur Electroplating der Solarzellen der nächsten Generation; Teilprojekt: FREMOLIN - Entwicklung einer Weitwinkel-Freiformoptik zur Linienfokuserzeugung

Abstract

Im FREMOLIN-Teilprojekt von MIRACLE befasste sich asphericon mit der Entwicklung eines neuartigen Ansatzes zur Erzeugung von Linienfokussen in Kombination mit einem Laserscanner für die Strukturierung von Solarzellen. Dazu wurde die klassische Scanner-Linsen-Einheit getrennt und statt einer F-Theta-Linse eine zylinderartige Optik entwickelt. Zylinderoptiken haben das Potenzial, mit kleiner Brennweite sowohl ein großes Bildfeld als auch kleine Strukturen zu ermöglichen. Im Projekt war das Ziel, Spotgrößen von kleiner 10 µm Linienbreite zu erzielen. Dafür wurde ausgenutzt, dass die Intensitätsverteilung im Fokus schmal und linienförmig wird und somit eine hohe numerische Apertur in nur einer Dimension vorhanden ist. Klassische Zylinderoptiken sind für senkrechten Lichteinfall ausgelegt. Würde eine solche Linse zusammen mit einem Laserscanner verwendet werden, würde sich im Randbereich die Fokusqualität durch den schrägen Lichteinfall und der damit auftretenden Bildfeldwölbung verschlechtern. Daher wurden im Teilprojekt mehrere Optikdesignansätze untersucht und dasjenige abgeleitet, dass die Bildfeldwölbung und weitere Aberrationen durch Verwendung von Freiformoberflächen kompensierte. Dies erfolgte zusammen in Absprache mit den Projektpartnern. Zusätzliche Freiheitsgrade von Flächen höherer Ordnungen erlaubten zudem die benötigte einfallswinkelabhängige Brennweiten- und Aberrationskorrektur. Während der Entwicklung der zylinderartigen Freiformoptik wurde der Fokus besonders auf die Fertigbarkeit der Optik gelegt, so dass fertigungsseitige Vorversuche, messtechnische Analysen und Charakterisierungen der Vorversuchsteile einen integralen Bestandteil dieses Projekts bildeten. Neben der Optikherstellung wurde auch ein Fassungsdesign bzw. Halterungsdesign entwickelt und umgesetzt. Die Demonstratoren und Halterungen wurde den Projektpartnern übergeben.