LiverPool – Linearverdampfungsprozesse für großflächige industriell skalierbare Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen

Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen haben das Potenzial die Nachfolgetechnologie der bisher dominierenden Siliciumsolarzelle zu werden. Im Labormaßstab auf kleinen Zellflächen konnte bereits gezeigt werden, dass Wirkungsgrade über 30 % realisierbar sind. Für Tandemsolarzellen auf texturiertem Silicium sind Aufdampfprozesse für Perowskit-Materialien aber auch für Kontaktschichten besonders im Fokus, da rein nasschemische Prozesse die Pyramidenstruktur der Siliciumunterzelle nicht oberflächenkonform bedecken können. Im Projekt »LiverPool« sollen industriell skalierbare Aufdampfprozesse für Perowskit-Materialien und Kontaktschichten entwickelt werden. Hierzu soll ein Aufdampfsystem aufgebaut werden, auf dem mit möglichst produktionsnahen Prozessen mehrere M12-Wafer (210 x 210 mm²) vollflächig in einem Prozessschritt beschichtet werden können. 

In den letzten Jahren konnten für kristalline Silicium Solarzellen weiterhin signifikante Steigerungen des Wirkungsgrades erzielt werden. Trotzdem nähern sich die Wirkungsgrade von Silicium Einfachsolarzellen zügig dem praktisch erreichbaren Limit von ca. 27% an. Für weitere Steigerungen des Wirkungsgrades können verschiedene Solarzellmaterialien zu Tandemsolarzellen kombiniert werden, wodurch die Thermalisierungsverluste im kurzwelligen Bereich reduziert werden und das Sonnenspektrum besser ausgenutzt wird. 

Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen haben das Potenzial die Nachfolgetechnologie der bisher dominierenden Siliciumsolarzelle zu werden. Aktuell werden Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen vor allem im kleinen Maßstab im Labor hergestellt. Dabei liegen die typischen Zellflächen für die höchsten Wirkungsgrade im Bereich von 1 cm². Für die Herstellung dieser kleinen Laborzellen ist die am häufigsten verwendete Methode das nasschemische Spin-Coating. Diese Methode ist für kleine Laborformate praktisch und ermöglicht ein schnelles Testen neuer Materialsysteme. Allerdings ist Spin-Coating nicht auf industrielle Substratgrößen skalierbar. Außerdem kann Spin-Coating nicht auf texturierten Substraten wie z.B. pyramidalen Vorderseiten von Silicium Solarzellen angewandt werden. 

Für die industrielle Skalierbarkeit verschiebt sich daher der Schwerpunkt der Forschung auf vakuumbasierte Verdampfungsmethoden. Das wissenschaftliche und technische Arbeitsziel des Projekts »LiverPool« ist die daher Entwicklung von skalierbaren Prozessen zur Abscheidung von Perowskiten und Kontaktmaterialien mittels Vakuumtechnologie für Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen. Hierzu wird ein industriell skalierbares Aufdampfsystem beschafft und aufgebaut, um mit einem Durchsatz von mehreren M12-Wafern pro Stunde Tandemsolarzellen herstellen zu können.  Darüber hinaus sollen im Projekt Aufdampfprozesse für die Hybrid-Route entwickelt und zur Herstellung von Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen auf M12 Silicium Wafern verwendet werden.