RTEM Bilder von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen, die durch Aufdampfen/Spin-Coating oder Aufdampfen/Blade-Coating hergestellt wurden.
Quelle: Fraunhofer ISE
Wissenschaftler der King Abdullah University of Science and Technology KAUST und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE arbeiten in einem Verbundprojekt daran, der Persowskit-Silizium-Tandemtechnologie zur Serienreife zu verhelfen. Ein wichtiger Schritt in Richtung industrielle Produktion sei nun mit einem neuen „Hybridverfahren“ gelungen. Die Forscher haben demnach den Schritt der Rotationsbeschichtung bei der Produktion von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen durch die Kombination des Aufdampfens und der Blade-Coating-Beschichtung (Klingenbeschichtung) zum Abscheiden der Perowskit-Solarzellen auf Silizium-Bottom-Zellen ersetzt.
Damit hätten sie auf einer vollständig strukturierten Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen mit Leerlaufspannungen von über 1900 Millivolt einen Wirkungsgrad von 27,8 Prozent erreicht. Auch hätten die Tests gezeigt, dass die Beschichtungsgeschwindigkeit im hybriden Verdampfungs-/Blade-Coating-Prozess im Gegensatz zu einstufig beschichteten Perowskiten keinen Einfluss auf die Perowskitdicke habe. Sie korreliere vielmehr mit der Perowskit-Umwandlungsrate, die für die Optimierung des Absorbers entscheidend war.
Es gibt aktuell viele Forschungsgruppen, die nach Wegen suchen, Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen in die Massenproduktion zu bringen. Dabei werde zumeist auf das Rotationsverfahren gesetzt. „Spin-Coating eignet sich hervorragend als Labortechnik, da es sehr flexibel ist und neue Materialien, Additive und Prozessparameter schnell getestet werden können. Für die Produktion in großem Maßstab ist es jedoch nicht geeignet“, sagte Juliane Borchert, Gruppenleiterin Perowskit-Materialien und Grenzflächen am Fraunhofer ISE. „Wir gehen außerdem davon aus, dass die Erkenntnisse über die Dynamik beim Blade-Coating auf das Slot-Die-Coating (Schlitzdüsenbeschichtung) übertragen werden können, das sich noch besser für die Skalierung eignet.“
Während kristalline Solarzellen maximal 29,4 Prozent des Sonnenlichts in Strom umwandeln können und dieses physikalische Limit in der Photovoltaik-Industrie bereits nahezu erreicht ist, versprechen Perowskit-Silizium-Solarzellen Wirkungsgrade von 33 Prozent und mehr. Allerdings sind die Ergebnisse aus dem Labor bislang nicht erfolgreich in die Massenproduktion übergegangen. „Das erfolgreiche Aufbringen der Perowskit-Topzelle mit skalierbaren Technologien auf die Silizium-Bottom-Zelle war für uns ein Durchbruch«, sagt Oussama Er-raji, Doktorand und Projektleiter am Fraunhofer ISE. »In einem zweistufigen Hybridprozess werden zunächst die anorganischen Perowskit-Materialien aufgedampft, anschließend werden die organischen Perowskite mittels Blade-Coating aufgebracht. Damit ist das Verfahren für die Produktion im industriellen Maßstab geeignet.“
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