Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEUm Perowskitschichten mit höchster Qualität für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen herzustellen, verfolgen wir die Hybridroute aus Vakuumverdampfung und Abscheidung aus Lösung. Die beiden Verfahren ergänzen sich optimal, um Perowskitschichten auf mikrometer-großen Siliziumpyramiden abscheiden zu können. Damit ist es uns gelungen, Effizienzen von über 32% zu erzielen. Nun übertragen wir diese Technologie in unserer Technologieplattform Pero-Si-SCALE mittels industriell skalierbaren Equipments auf volle Wafergrößen (M12).
Linearverdampfungsprozesse für großflächige industriell
skalierbare Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen
LiverPool
SEM-Aufnahme einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle auf texturiertem Silizium. Der Perowskit-Absorber wurde mittels Verdampfung der anorganischen Komponenten und anschließender nasschemischer Infiltration der organischen Komponenten hergestellt.
Ausgangslage
In den letzten Jahren konnten für kristalline Silizium-Solarzellen weiterhin signifikante Steigerungen des Wirkungsgrades erzielt werden. Trotzdem nähern sich die Wirkungsgrade von Silizium-Einfachsolarzellen zügig dem praktisch erreichbaren Limit von ca. 27% an. Um den Wirkungsgrad dennoch weiterhin zu steigern, kombinieren wir verschiedene Solarzellmaterialien zu Tandemsolarzellen. Mit dieser Methode werden Thermalisierungsverluste im kurzwelligen Berecih reduziert und das Sonnenspektrum besser ausgenutzt
Die Perowskit-Silizium-Tandem-Technologie hat das Potenzial, die Nachfolge der auf dem Markt dominierenden Siliziumzelle anzutreten. Aktuell erreicht die Technologie ihre höchsten Wirkungsgrade auf kleinen Zellflächen im Labormaßstab von 1cm². Für die Herstellung von Zellen dieser Größenordnung eignet sich die nasschemische Methode des Spin-Coatings, die jedoch nicht auf industrielle Substratgrößen skalierbar ist. Zudem ist sie tendenziell ungeeignet für Pyramidenstrukturen, wie sie u.a. auf der Vorderseite von Silizium-Solarzellen vorkommen.
Ziel
Für die industrielle Skalierbarkeit verschiebt sich der Schwerpunkt der Forschung also auf vakuumbasierte Verdampfungsmethoden. Das wissenschaftliche und technische Arbeitsziel des Projekts »LiverPool« ist daher die Entwicklung von skalierbaren Prozessen zur Abscheidung von Perowskiten und Kontaktmaterialien mittels Vakuumtechnologie für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen.
Lösungsansatz
Es wird ein industriell skalierbares Aufdampfsystem beschafft und aufgebaut, um mit einem Durchsatz von mehreren M12-Wafern pro Stunde Tandemsolarzellen herstellen zu können. Darüber hinaus entwickeln wir im Projekt Aufdampfprozesse für die Hybrid-Route, die dann in der Herstellung von Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen auf M12-Silizium-Wafern Anwendung finden. Auf diese Weise entsteht eine einmalige Technologieplattform für die Weiterentwicklung der Perowskit-Silizium-Tandem-Technologie.
Ergebnisse
Die Auswahl und Beschaffung des Linearverdampfers ist abgeschlossen und erste funktionale Schichten konnten hergestellt werden. Aktuell arbeiten wir an der Prozessübertragung von den Laboranlagen auf die neue industrielle Verdampfungsanlage.
Förderung
Das Projekt »LiverPool« wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen 03EE1189 gefördert.
