Rozpoczęcie prac nad platformą technologiczną do skalowania tandemowej fotowoltaiki perowskit-silikon

Zelldesign von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen und damit verknüpfte Fertigungsprozesse sind Gegenstand intensiver Forschung. © Fraunhofer ISE / Projektowanie ogniw tandemowych perowskit-silikonowych i związane z nimi procesy produkcyjne są przedmiotem intensywnych badań. © Fraunhofer ISE

Zdjęcie mikroskopowe tandemu słonecznego z perowskitu i krzemu na teksturowanym krzemie. Absorber perowskitowy został wykonany metodą odparowania składników nieorganicznych, a następnie zanurzenia chemicznego składników organicznych. © Fraunhofer ISE / Obraz mikroskopowy tandemu słonecznego z perowskitu i krzemu na teksturowanym krzemie. Absorber perowskitowy został wyprodukowany przez odparowanie składników nieorganicznych, a następnie zanurzenie chemiczne składników organicznych. © Fraunhofer ISE

Perowskitowe ogniwa słoneczne tandem z krzemem obiecują sprawności powyżej 30 procent, a laboratoria badawcze na całym świecie regularnie ogłaszają nowe rekordy. Jednak te rekordy są osiągane na powierzchniach, które są około 400 razy mniejsze od obecnego rozmiaru wafli przemysłowych ogniw słonecznych z krzemu. Naukowcy zajmujący się energią słoneczną obecnie badają kilka obiecujących dróg do skalowalnej i ekonomicznej produkcji tych ogniw tandemowych. W projektach badawczych finansowanych przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Ochrony Klimatu, „Pero-Si-SCALE” oraz „LiverPool”, Instytut Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE buduje niezależną platformę technologiczną do skalowania perowskitowo-krzemowych ogniw tandemowych i modułów. Celem jest dalszy rozwój i analiza projektów ogniw i modułów oraz ich procesów produkcyjnych, umożliwiających szybkie przeniesienie do przemysłu.

„Taka platforma badawcza dla perowskitowo-krzemowej fotowoltaiki na tym etapie dojrzałości technologicznej jest dotąd na świecie unikalna i stanowi wyróżnik dla niemieckich badań i rozwoju w dziedzinie PV”, mówi prof. dr Stefan Glunz, kierownik działu badań nad fotowoltaiką w Fraunhofer ISE. „Dzięki temu możemy skutecznie wspierać niemiecki i europejski przemysł fotowoltaiczny, także we współpracy z innymi niemieckimi instytucjami badawczymi, w rozwoju i wdrażaniu kolejnej generacji ogniw słonecznych.”

Za pomocą platformy Pero-Si-SCALE mają być budowane i rozwijane procesy, technologie i kompetencje niezbędne do produkcji, charakteryzacji i testowania perowskitowo-krzemowych ogniw słonecznych i modułów na przemysłowym formacie wafli M12. „Do końca 2024 roku uruchomimy linię procesową”, mówi dr Martin Hermle, kierownik projektu budowy platformy technologicznej w Fraunhofer ISE. „Obejmuje ona urządzenia do osadzania w próżni i mokrochemicznych procesów powlekania dla części perowskitowej ogniwa tandemowego. Na poziomie modułów do rozwoju procesów produkcyjnych będzie dostępny przemysłowy pierścień klejący następnej generacji, a także system luminescencyjny do kontroli procesu łączenia. Ponadto w ramach projektu będziemy mogli rozszerzyć charakterystykę, kalibrację i analizę jakościową ogniw i modułów słonecznych w Fraunhofer ISE na duże wafle.”

Do produkcji dotychczas używanych komórek laboratoryjnych o powierzchni jednego centymetra kwadratowego najczęściej stosowaną metodą jest mokrochemiczne spin-coating. Metoda ta jest praktyczna dla małych formatów laboratoryjnych i umożliwia szybkie testowanie nowych projektów ogniw. Jednak spin-coating nie jest skalowalny na przemysłowe rozmiary substratów. Dlatego na platformie Pero-Si-SCALE skupiamy się na metodach osadzania w próżni, które będą służyć do nanoszenia warstw perowskitowych i kontaktów na dużych powierzchniach. Rozwój przemysłowo wdrażalnych, opartych na próżni metod odparowywania materiałów perowskitowych i warstw kontaktowych jest celem projektu „LiverPool”.

Wysokoskalowa technologia perowskitowo-krzemowa jest również tematem tegorocznego warsztatu tandemPV, który odbędzie się w dniach od 6 do 8 czerwca 2023 roku w Chambéry we Francji. Naukowiec dr Patricia Schulze i naukowiec Oussama Er-Raji, oboje z Fraunhofer ISE, wygłoszą referaty podczas sesji „Proces i skalowanie”. Oussama Er-Raji przedstawi wgląd w hybrydową ścieżkę procesu realizacji wysokoefektywnych perowskitowo-krzemowych ogniw tandemowych. Dr Patricia Schulze omówi aktualny stan perowskitowo-krzemowej fotowoltaiki w Fraunhofer ISE.