Perovskit-szilicid tandem technológia ipari érettségig fejlesztése

A PeroLabs nedves kémia és vákuumfeldolgozás a legkorszerűbb infrastruktúrát foglalja magában a vékony filmek rétegezéséhez csíkszárnyú és forgácsoló bevonási módszerekkel, párologtatókamrákat perovszkit abszorberek, szelektív érintkezők és fémek számára, valamint atomréteges rétegkezelést fémoxidok esetében inertgáz atmoszférában. © Fraunhofer ISE / Perovszkit-szilícium tandem napelemek feldolgozása a Fraunhofer ISE-nél. A laboratóriumi infrastruktúra magában foglal párologtatókamrákat perovszkit abszorberekhez, szelektív érintkezőkhez és fémekhez, valamint az atomréteges rétegkezelést fémoxidok esetében inertgáz atmoszférában. © Fraunhofer ISE

Az klasszikus szilícium napelemekre egy második perovszkit napelem felhelyezése lehetővé teszi, hogy még jobban kihasználjuk a nap spektrumát. Világszerte tudósok kutatnak azon, hogy ezeket a tandem napelemeket megbízhatóan, tartósan és ipari gyártási folyamatokkal valósítsák meg. A Fraunhofer Napenergia Rendszerek Intézetében (ISE) 2020 és 2022 között az ipari partnerekkel közösen fejlesztettek ki technológiákat a perovszkit-szilícium teljes formátumú modulok gyártására a „SWiTch” projekt keretében. A cellaszinten a Fraunhofer „MaNiTU” vezető projekt és az „PrEsto” projekt, amelyet a Szövetségi Gazdasági és Klímavédelmi Minisztérium (BMWK) támogat, sikeresen skálázta a perovszkit-szilícium tandem napelemeket laboratóriumi méretről wafer méretre. Egy éppen most bejelentett együttműködés keretében a Fraunhofer ISE tovább fogja erősíteni tevékenységeit a tandem napelemek és modulok területén.

A perovszkit-szilícium tandem napelemek a bevált, szilíciumlapkára alapozott szabványtechnológia továbbfejlesztései. Egy nagy sávszélességű perovszkit napelem kerül a szilícium napelemre, hogy jobban kihasználja a napfényt. „Ezekkel a hatékonyság elérheti a 35 százalékot is,” mondja Prof. Dr. Andreas Bett, a Fraunhofer ISE intézetvezetője. „Laboratóriumi méretben a perovszkit-szilícium tandem napelemek már áttörték a szilícium egyszerű napelemek fizikai határát, amely 29,4 százalék, így a jövőben még hatékonyabbá tehetik a napelemeket.”

Laboratóriumi cellák skálázása wafer méretre

A laboratóriumi méretben a legjobb publikált hatékonyság jelenleg 31,3 százalék. Azonban az ilyen laboratóriumi napelemek felülete még kicsi – körülbelül 1 négyzetcentiméter – és a legtöbb eddig laboratóriumban használt gyártási folyamat nem alkalmas az ipari gyártásra. „Ezért nagyon örülünk, hogy sikerült több mint 100 négyzetcentiméteres felületen, ipari szitázási fémesítéssel elérni egy 22,5 százalékos tanúsított hatékonyságot. Most azon dolgozunk, hogy skálázható módszerekkel nagy felületen is megvalósítsuk kis laboratóriumi celláink magas hatékonyságát,” mondja Dr. Patricia Schulze, a „MaNiTU” projekt tudósa a Fraunhofer ISE-nél. Különösen intenzíven dolgoznak egy hibrid leválasztási folyamaton, amely két bevált gyártási eljárásból származik, a perovszkit napelemek gyártására kétoldalasan texturált szilícium napelemekre.

Első teljes formátumú modulok építése

A „SwiTch” projekt keretében a Fraunhofer ISE együttműködve a projektpartnerekkel fejlesztett ki kapcsolási és kapszulázási megoldásokat tandem napelemekhez. „A kapcsolási és laminálási folyamatokat úgy kellett megérteni és módosítani, hogy a perovszkit-szilícium napelemek sérülés nélkül, költséghatékonyan és hosszú távon stabilan integrálhatók legyenek a modulba,” mondja Dr. Holger Neuhaus, a Fraunhofer ISE fotovoltaikus modulok osztályvezetője. Már készültek első prototípusok, amelyek 430 watt csúcs teljesítményt nyújtanak. A fejlesztést részletes cella-modul veszteség elemzések és a tandem modulok hosszú távú stabilitásán végzett munka kísérte. A „SALTO” projekt keretében a Fraunhofer ISE sikeresen bevezette a Meyer Burger SWCT kapcsolási technológiáját a teljes formátumú modulokhoz a Fraunhofer ISE-nél. Ez az alacsony hőmérsékletű technológia alkalmas a szilícium-perovszkit napelemek kapcsolására a hagyományos forrasztási eljárásokhoz képest.