Indítási lövés a technológiai platformhoz a perovszkit-szilícium tandem napelemek skálázásához

Sejtdesign perovskit-szilícium tandem napelem cellák és az ezekhez kapcsolódó gyártási folyamatok intenzív kutatás tárgyát képezik. © Fraunhofer ISE / Cell design of perovskite-silicon tandem solar cells and associated manufacturing processes are the subject of intensive research. © Fraunhofer ISE

Mikroszkópos felvétel egy perovskit-szilícium tandem napelemről texturált szilíciumban. A perovskit-absorbert az inorganikus összetevők párologtatásával és ezt követően nedves kémiai infiltrációval készítették az organikus összetevők számára. © Fraunhofer ISE / Mikroszkópos kép egy perovskit-szilícium tandem napelemről texturált szilíciumban. A perovskit-absorbert az inorganikus összetevők párologtatásával, majd nedves kémiai infiltrációval készítették az organikus összetevők számára. © Fraunhofer ISE

A perovszkit-szilícium tandem napelemek hatékonysági mutatója meghaladja a 30 százalékot, és világszerte kutatólaboratóriumok rendszeresen jelentik be az új csúcsértékeket. Ezek a rekordok azonban olyan területeken valósulnak meg, amelyek körülbelül 400-szor kisebbek, mint egy ipari szilícium napelem aktuális lapkáinak mérete. A napelem-kutatók jelenleg több ígéretes útvonalat vizsgálnak a skálázható és gazdaságos tandem napelemek gyártására. A Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium által finanszírozott „Pero-Si-SCALE” és „LiverPool” kutatási projektek keretében a Fraunhofer Solar Energiesysteme Intézet (ISE) egy független technológiai platformot épít a perovszkit-szilícium tandem napelemek és modulok skálázására. Céljuk a cella- és modultervek, valamint gyártási folyamatok további fejlesztése és elemzése, amelyek gyors átültetést tesznek lehetővé az iparba.

„Egy ilyen kutatási platform a perovszkit-szilícium tandem fotovoltaikához ezen technológiai érettségi szinten eddig világszerte egyedülálló, így ez a német napelem-kutatás és fejlesztés egyik egyedülálló jellemzője” – mondja Prof. Dr. Stefan Glunz, a fotovoltaikus kutatások igazgatója a Fraunhofer ISE-nél. „Így hatékonyan tudjuk támogatni a német és európai fotovoltaikus ipart, akár további német kutatóintézetekkel együttműködve is, a következő generációs napelem cellák fejlesztésében és megvalósításában.”

A Pero-Si-SCALE platform segítségével olyan folyamatokat, technológiákat és kompetenciákat kívánunk kialakítani és fejleszteni, amelyek szükségesek ahhoz, hogy az ipari M12-es lapkák formátumán perovszkit-szilícium napelemeket és modulokat gyártsunk, jellemezzünk és ellenőrizzünk. „Egy folyamatláncot építünk ki 2024 végéig” – mondja Dr. Martin Hermle, a technológiai platform felépítéséért felelős projektvezető a Fraunhofer ISE-nél. „Ez magában foglal vákuumos bevonó berendezéseket és nedves kémiai bevonási folyamatokat a tandem napelem perovszkit részcelléhez. A modul szinten egy ipari legkövetkező generációs ragasztógyűrűt fogunk alkalmazni a gyártási folyamatok fejlesztéséhez, valamint egy lumineszcencia rendszert a folyamat ellenőrzéséhez. Emellett a projekt keretében lehetőségünk lesz a napelem cellák és modulok jellemzésére, kalibrálására és minőség-ellenőrzésére a Fraunhofer ISE-nél, nagy lapkákon is.”

A laboratóriumi cellák gyártásához, amelyek felülete egy négyzetcentiméter, a leggyakrabban alkalmazott módszer a nedves kémiai spin-coating. Ez a módszer praktikus kis laboratóriumi formátumokhoz, és lehetővé teszi új cella tervek gyors tesztelését. Azonban a spin-coating nem skálázható ipari lapka méretekre. A Pero-Si-SCALE platformon ezért a perovszkit részcellák és kontaktok felvitelére a párologtatási eljárások kerülnek fókuszba. Az iparilag alkalmazható, vákuumos párologtatási módszerek fejlesztése a perovszkit anyagok és kontakt rétegek számára a „LiverPool” projekt célja.

A perovszkit-szilícium tandem technológia nagyobb léptékű fejlesztése szintén téma az idei tandemPV műhelyen, amely 2023. június 6-8. között kerül megrendezésre Chambéryben, Franciaországban. A kutató Dr. Patricia Schulze és Oussama Er-Raji, mindketten a Fraunhofer ISE-től, előadásokat tartanak a „Process and Upscaling” szekcióban. Oussama Er-Raji betekintést nyújt a hibrid folyamatútba a magas hatékonyságú perovszkit-szilícium tandem napelemek megvalósításához. Dr. Patricia Schulze áttekintést ad a Fraunhofer ISE-nél folyó perovszkit-szilícium tandem fotovoltaika aktuális állásáról.