Startschot voor technologieplatform voor opschaling van perovskiet-silicium tandemfotovoltaïek

Zellendesign von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und damit verbundene Fertigungsprozesse sind Gegenstand intensiver Forschung. © Fraunhofer ISE

Microscoopopname van een perovskiet-silicium tandemzonnecel op getextureerd silicium. De perovskiet-absorber werd vervaardigd door verdamping van de anorganische componenten en vervolgens natchemisch infiltreren van de organische componenten. © Fraunhofer ISE / Microscoopbeeld van een perovskiet-silicium tandemzonnecel op getextureerd silicium. De perovskiet-absorber werd gemaakt door verdamping van de anorganische componenten, gevolgd door natchemische infiltratie van de organische componenten. © Fraunhofer ISE

Perovskiet-Silicium-Tandemzonnecellen beloven rendementen van meer dan 30 procent, en onderzoekslaboratoria wereldwijd kondigen regelmatig nieuwe recordwaarden aan. Deze records worden echter gerealiseerd op oppervlakken die ongeveer 400 keer kleiner zijn dan de huidige wafergrootte van een industriële silicium-zonnecel. Zononderzoekers onderzoeken momenteel verschillende veelbelovende routes voor een schaalbare en economische productie van deze tandemzonnecellen. In de door het Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefinancierde onderzoeksprojecten »Pero-Si-SCALE« en »LiverPool« bouwt het Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE nu een onafhankelijke technologieplatform voor de opschaling van perovskiet-silicium-tandemzonnecellen en -modules. Het doel is de verdere ontwikkeling en analyse van cel- en modulair ontwerp en hun fabricageprocessen, waarbij een snelle overdracht naar de industrie mogelijk is.

»Een dergelijke onderzoeksplatform voor perovskiet-silicium-tandempv op dit technologiereifestadium is tot nu toe wereldwijd uniek en daarmee een onderscheidend kenmerk voor de Duitse PV-onderzoek en -ontwikkeling«, zegt Prof. Dr. Stefan Glunz, afdelingshoofd voor fotovoltaïsch onderzoek bij Fraunhofer ISE. »Zo kunnen we de Duitse en Europese fotovoltaïsche industrie, ook in samenwerking met andere Duitse onderzoeksinstellingen, effectief ondersteunen bij de ontwikkeling en implementatie van de volgende generatie zonnecellen.«

Met het Pero-Si-SCALE-platform moeten processen, technologieën en competenties worden opgebouwd en ontwikkeld die nodig zijn om op het industriële waferformaat M12 perovskiet-silicium-zonnecellen en -modules te produceren, te karakteriseren en te testen. »Daarvoor bouwen we tot eind 2024 een proceslijn op«, zegt Dr. Martin Hermle, projectleider voor de opbouw van het technologieplatform bij Fraunhofer ISE. »Deze omvat installaties voor vacuümafzetting en natchemische coatings voor de perovskiet-ondercel van de tandemzonnecel. Op modulair niveau zal voor de ontwikkeling van de fabricageprocessen een industriële lijmring van de volgende generatie beschikbaar zijn, evenals een luminescentiesysteem voor procescontrole van het schakelen. Daarnaast kunnen we in het project de karakterisering, kalibratie en kwaliteitsanalyse van zonnecellen en -modules bij Fraunhofer ISE uitbreiden naar grote wafers.«

Voor de productie van de tot nu toe gebruikte laboratoriumcellen met een oppervlakte van één vierkante centimeter is de meest gebruikte methode natchemisch spin-coating. Deze methode is praktisch voor kleine laboratoriumformaten en maakt snelle tests van nieuwe celontwerpen mogelijk. Spin-coating is echter niet schaalbaar naar industriële substraatformaten. Voor het aanbrengen van de perovskiet-ondercel op de silicium-ondercel, evenals de contacten, staan daarom stoomafzetprocessen centraal op de Pero-Si-SCALE-platform. De ontwikkeling van industriële, vacuümgebaseerde verdampingsmethoden voor perovskietmaterialen en contactlagen is het doel van het project »LiverPool«.

De opschaling van de perovskiet-silicium-tandemtechnologie is ook onderwerp van de tandemPV-workshop die van 6 tot 8 juni 2023 plaatsvindt in Chambéry, Frankrijk. De wetenschapper Dr. Patricia Schulze en de onderzoeker Oussama Er-Raji, beiden van Fraunhofer ISE, geven presentaties in de sessie ‘Process and Upscaling’. Oussama Er-Raji geeft inzicht in de hybride procesroute voor de realisatie van hoogefficiënte perovskiet-silicium-tandemzonnecellen. Dr. Patricia Schulze geeft een overzicht van de huidige stand van perovskiet-silicium-tandempv bij Fraunhofer ISE.