Technologia tandemowa perowskit-silicon osiągnąć dojrzałość przemysłow�

Nasschemia i procesy próżniowe PeroLabs obejmują najnowocześnią infrastrukturę do osadzania cienkich filmów metodą dyszli i powlekania obrotowego, komory do odparowywania dla absorberów perowskitowych, selektywnych kontaktów i metali, a także osadzanie warstw atomowych tlenków metali w atmosferze obojętnego gazu. © Fraunhofer ISE / Przetwarzanie tandemowych ogniw słonecznych perowskit-silicon w Fraunhofer ISE. Infrastruktura laboratoryjna obejmuje komory do odparowywania absorberów perowskitowych, selektywnych kontaktów i metali, oraz osadzanie warstw atomowych tlenków metali w atmosferze obojętnego gazu. © Fraunhofer ISE

Na klasycznych ogniwach słonecznych z krzemu można nałożyć drugie ogniwo słoneczne z perowskitu, co pozwala na jeszcze lepsze wykorzystanie spektrum słonecznego. Na całym świecie naukowcy pracują nad tym, aby te tandemowe ogniwa słoneczne były niezawodne, trwałe i możliwe do produkcji przemysłowej. Badacze z Instytutu Fraunhofera ds. Systemów Energii Słonecznej ISE opracowali w latach 2020–2022 wspólnie z partnerami przemysłowymi w ramach projektu współpracy „SWiTch” technologie produkcji pełnoformatowych modułów z perowskitu i krzemu. Na poziomie komórki udało się zespołowi z głównego projektu Fraunhofera „MaNiTU” oraz projektu „PrEsto”, finansowanego przez Federalne Ministerstwo Gospodarki i Klimatu BMWK, skalować tandemowe ogniwa słoneczne z perowskitu i krzemu z rozmiaru laboratorium do rozmiaru wafla. W ramach właśnie ogłoszonej współpracy z Meyer Burger, Fraunhofer ISE zamierza dalej intensyfikować swoje działania w zakresie tandemowych ogniw i modułów słonecznych.

tandemy z perowskitu i krzemu stanowią rozwinięcie ugruntowanej technologii standardowej opartej na waflach krzemowych. Ogniwo słoneczne z perowskitu o dużej szerokości pasma jest procesowane na ogniwo krzemowe, aby lepiej wykorzystywać światło słoneczne. „Dzięki nim możliwe są sprawności powyżej 35 procent”, mówi prof. dr Andreas Bett, dyrektor instytutu w Fraunhofer ISE. „Tandemowe ogniwa z perowskitu i krzemu w skali laboratoryjnej już przekroczyły fizyczny limit pojedynczych ogniw krzemowych wynoszący 29,4 procent, co pozwala na jeszcze większą efektywność przyszłych ogniw słonecznych.”

Skalowanie komórek laboratoryjnych do rozmiaru wafla

Obecnie najlepszy opublikowany sprawność w skali laboratoryjnej wynosi 31,3 procent. Jednak powierzchnie takich komórek słonecznych są jeszcze małe – około 1 centymetra kwadratowego – i większość dotychczas stosowanych w laboratoriach procesów produkcyjnych nie nadaje się do przemysłowej produkcji. „Bardzo się cieszymy, że udało nam się osiągnąć certyfikowaną sprawność 22,5 procent na powierzchni ponad 100 centymetrów kwadratowych, stosując przemysłową metodę sitodruku metalizacji. Teraz naszym celem jest realizacja wysokich sprawności naszych małych komórek laboratoryjnych na dużej powierzchni za pomocą skalowalnych metod”, mówi dr Patricia Schulze, naukowiec w projekcie „MaNiTU” w Fraunhofer ISE. Naukowcy intensywnie pracują nad hybrydowym procesem osadzania, łączącym dwie ugruntowane metody produkcji, w celu wytwarzania ogniw słonecznych z perowskitu na dwustronnie teksturowanych ogniwach krzemowych.

Pierwsze pełnoformatowe moduły wyprodukowane

W ramach projektu współpracy „SwiTch” Fraunhofer ISE opracowało wspólnie z partnerami rozwiązania do łączenia i enkapsulacji tandemowych ogniw słonecznych. „Procesy łączenia i laminacji musiały być tak zrozumiane i dostosowane, aby ogniwa z perowskitu i krzemu można było bez uszkodzeń, tanio i stabilnie długoterminowo zintegrować w moduł”, mówi dr Holger Neuhaus, kierownik działu modułów fotowoltaicznych w Fraunhofer ISE. Już udało się wyprodukować pierwsze prototypy o mocy 430 watów szczytowych. Rozwój ten wspierany był szczegółową analizą strat na poziomie komórka-do-moduł oraz pracami nad długoterminową stabilnością tandemowych modułów. W ramach projektu współpracy „SALTO” Fraunhofer ISE udało się wdrożyć technologię łączenia SWCT firmy Meyer Burger dla pełnoformatowych modułów w Fraunhofer ISE. Ta technologia niskotemperaturowa jest odpowiednia do łączenia ogniw z krzemu i perowskitu w porównaniu do konwencjonalnych procesów lutowania.