Technologie Tandemu z perovskitů a křemíku uvést do průmyslové praxe

PeroLabs suchá chemie a vakuové procesy zahrnují nejmodernější infrastrukturu pro nanášení tenkých vrstev pomocí štěrbinových trysek a rotačního nanášení, komory pro odpařování perovskitových absorberů, selektivní kontakty a kovy, stejně jako depozici atomových vrstev kovových oxidů za inertní atmosféry. © Fraunhofer ISE / Zpracování tandemových solárních článků na bázi perovskit-silicon ve Fraunhofer ISE. Výzkumná infrastruktura zahrnuje komory pro odpařování perovskitových absorberů, selektivní kontakty a kovy, a depozici atomových vrstev kovových oxidů za inertní atmosféry. © Fraunhofer ISE

Na klasických křemíkových solárních článcích je možné nanést druhý solární článek z perovskitu, což umožňuje ještě lépe využít sluneční spektrum. Po celém světě vědci a vědkyně pracují na tom, aby tyto tandemové solární články byly spolehlivé, odolné a vyráběny průmyslovými procesy. Výzkumníci z Fraunhoferova institutu pro solární energetické systémy ISE vyvinuli v letech 2020 až 2022 ve spolupráci s průmyslovými partnery v rámci společného projektu „SWiTch“ technologie pro výrobu full-format modulů z perovskitu a křemíku. Na úrovni článků se tým vedoucího projektu Fraunhofer „MaNiTU“ a projektu „Presto“, který je financován německým spolkovým ministerstvem hospodářství a ochrany klimatu BMWK, podařilo škálovat perovskitové tandemové solární články z laboratoře na waferovou velikost. V nedávno oznámené spolupráci s Meyer Burgerem bude Fraunhofer ISE dále intenzivně rozvíjet své aktivity v oblasti tandemových solárních článků a modulů.

Perovskitové křemíkové tandemové solární články představují další vývoj zavedené standardní technologie založené na waferech z křemíku. Perovskitový solární článek s velkým pásovým šířkou je při tom procesně nanesen na křemíkový solární článek, čímž se lépe využívá sluneční záření. „S nimi je možné dosáhnout účinností přes 35 procent,“ říká prof. Dr. Andreas Bett, ředitel institutu Fraunhofer ISE. „Perovskitové křemíkové tandemové solární články v laboratorním měřítku již překonaly fyzikální limit jednoduchých článků z křemíku, který je 29,4 procenta, a mohou tak v budoucnu zvýšit účinnost solárních článků.“

Škálování laboratorních článků na waferovou velikost

V laboratorním měřítku je současně dosažená nejlepší publikovaná účinnost 31,3 procenta. Nicméně plocha takových laboratorních solárních článků je stále malá – přibližně 1 čtvereční centimetr – a většina dosud používaných výrobních procesů v laboratoři není vhodná pro průmyslovou výrobu. „Velmi nás těší, že se nám podařilo na ploše přes 100 čtverečních centimetrů a s průmyslovou metalizací metodou sítotisku dosáhnout certifikované účinnosti 22,5 procenta. Nyní je naším cílem realizovat i na větší ploše vysoké účinnosti našich malých laboratorních článků pomocí škálovatelných metod,“ říká Dr. Patricia Schulze, vědkyně v projektu „MaNiTU“ v Fraunhofer ISE. Výzkumníci a výzkumnice se zvláštní intenzitou věnují hybridnímu procesu depozice, který kombinuje dva zavedené výrobní postupy pro výrobu perovskitových solárních článků na oboustranně texturovaných křemíkových článcích.

První full-formatní moduly vyrobeny

V rámci společného projektu „SwiTch“ vyvinulo Fraunhofer ISE společně s partnery řešení pro propojení a zapouzdření tandemových solárních článků. „Procesy propojení a laminace musely být tak pochopeny a upraveny, aby bylo možné perovskitové křemíkové solární články bez poškození, nákladově efektivně a s dlouhodobou stabilitou integrovat do modulu,“ říká Dr. Holger Neuhaus, vedoucí oddělení fotovoltaických modulů v Fraunhofer ISE. První prototypy s výkonem 430 wattů peak již byly vyrobeny. Vývoj byl doplněn podrobnou analýzou ztrát při přechodu článku na modul a pracemi na dlouhodobé stabilitě tandemových modulů. V rámci společného projektu „SALTO“ se Fraunhofer ISE podařilo zavést technologii propojení SWCT od Meyer Burgeru pro full-formatní moduly na Fraunhofer ISE. Tato nízkoteplotní technologie je vhodná pro propojení křemíkových a perovskitových solárních článků ve srovnání s konvenčními tavnými procesy.