Startovní výstřel pro technologickou platformu na škálování perovskitového-silikonového tandemového fotovoltaického článku

Design buněk perovskit-silikonových tandemových solárních článků a s tím související výrobní procesy jsou předmětem intenzivního výzkumu. © Fraunhofer ISE

Mikroskopický snímek tandemové solární buňky z perovskitu a křemíku na texturovaném křemíku. Absorbéry z perovskitu byly vyrobeny odpařováním anorganických složek a následnou mokrou chemickou infiltrací organických složek. © Fraunhofer ISE / Mikroskopický snímek tandemové solární buňky z perovskitu a křemíku na texturovaném křemíku. Absorbéry z perovskitu byly vyrobeny odpařováním anorganických složek a následnou mokrou chemickou infiltrací organických složek. © Fraunhofer ISE

Perovskit-silikonové tandemové solární články slibují účinnosti přes 30 procent, výzkumná pracoviště po celém světě pravidelně oznamují nové rekordní hodnoty. Tyto rekordy jsou však dosaženy na plochách, které jsou přibližně 400krát menší než aktuální velikost waferu průmyslového silikonového solárního článku. Solární vědci aktuálně zkoumají několik slibných cest pro škálovatelnou a ekonomickou výrobu těchto tandemových článků. V rámci výzkumných projektů financovaných německým Spolkovým ministerstvem hospodářství a ochrany klimatu „Pero-Si-SCALE“ a „LiverPool“ vyvíjí Fraunhoferův institut pro solární energetické systémy ISE nezávislou technologickou platformu pro škálování perovskit-silikonových tandemových článků a modulů. Cílem je další rozvoj a analýza návrhů buněk a modulů a jejich výrobních procesů, přičemž má být umožněn rychlý přenos do průmyslu.

„Taková výzkumná platforma pro perovskit-silikonovou tandemovou fotovoltaiku v této fázi technologického vývoje je dosud na světě unikátní a představuje tak jedinečnou přednost německého výzkumu a vývoje v oblasti fotovoltaiky,“ říká prof. Dr. Stefan Glunz, vedoucí oddělení výzkumu fotovoltaiky v Fraunhofer ISE. „Tak můžeme efektivně podporovat německý a evropský průmysl fotovoltaiky, i ve spolupráci s dalšími německými výzkumnými institucemi, při vývoji a implementaci další generace solárních článků.“

S platformou Pero-Si-SCALE mají být vybudovány a rozvíjeny procesy, technologie a kompetence nezbytné pro výrobu, charakterizaci a testování perovskit-silikonových solárních článků a modulů ve formátu průmyslového waferu M12. „Na to postavíme do konce roku 2024 výrobní linku,“ říká Dr. Martin Hermle, vedoucí projektu pro výstavbu technologické platformy v Fraunhofer ISE. „Ta bude zahrnovat zařízení pro vakuové depozice a mokré chemické vrstvení pro perovskitovou část tandemového článku. Na úrovni modulů bude k vývoji výrobních procesů k dispozici průmyslový lepicí stroj příští generace a systém luminiscence pro kontrolu procesu spojování. Navíc budeme moci v rámci projektu rozšířit charakterizaci, kalibraci a analýzu kvality solárních článků a modulů v rámci Fraunhofer ISE na velké wafery.“

Pro výrobu dosud používaných laboratorních článků o ploše jednoho čtverečního centimetru je nejčastěji používanou metodou mokrá chemická metoda spin-coating. Tato metoda je praktická pro malé laboratorní formáty a umožňuje rychlé testování nových návrhů článků. Nicméně spin-coating nelze škálovat na průmyslové substrátové velikosti. Proto jsou na platformě Pero-Si-SCALE klíčové vaporizace pro nanášení perovskitové části a kontaktů. Cílem projektu „LiverPool“ je vývoj průmyslově realizovatelných vakuových metod odpařování pro perovskitové materiály a kontaktní vrstvy.

Velkoplošné škálování perovskit-silikonové tandemové technologie je také tématem letošního workshopu tandemPV, který se koná od 6. do 8. června 2023 v Chambéry ve Francii. Vědkyně Dr. Patricia Schulze a vědec Oussama Er-Raji, oba z Fraunhofer ISE, přednášejí v sekci „Proces a škálování“. Oussama Er-Raji poskytne pohled na hybridní procesní cestu pro realizaci vysoce účinných perovskit-silikonových tandemových solárních článků. Dr. Patricia Schulze představí aktuální stav perovskit-silikonové tandemové fotovoltaiky v rámci Fraunhofer ISE.