Pero-Si-SCALE

Pero-Si-SCALE bietet eine skalierbare Prozesskette zur Abscheidung großformatiger Perowskit-Topzellen auf Silizium-Bottom-Solarzellen bis zu einer Formatgröße von G12 (210 x 210 mm²) an. Wir stellen Anlagenherstellern und Solarzellherstellern sowie Materiallieferanten eine in Europa einzigartige Plattform zur Verfügung, auf der Equipment, Prozesssequenzen und Materialien in einer modularen Laborplattform getestet und weiterentwickelt werden können. Diese Plattform baut auf das Know-How des Fraunhofer ISE zur Herstellung von höchsteffizienten Pero-Si-Tandemsolarzellen im Pero-Si-Lab auf und profitiert gleichzeitig von jahrelanger Erfahrung mit der Pilotierung von Solarzellenprozessen im Photovoltaic TechnologyEvaluation Center PV-TEC.

Mit dem Labor Pero-Si-SCALE unterstützen wir Kundinnen und Kunden beim Transfer von Prozess-Know-How im Bereich der Perowskit-Topzelle, bei der Auswahl von geeigneten Anlagen für Pilotlinien und stellen Prototypen in statistisch relevanten Stückzahlen her. Ziel ist es, Industrieprodukte schneller zur Marktreife zu führen und technologische sowie ökonomische Risiken zu reduzieren. Durch unsere enge Vernetzung mit der Silizium-Bottomzell-Technologie aus dem PV-TEC und mit der Modultechnologie im Module-TEC bieten wir die einzigartige Möglichkeit Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen in der Gesamtprozesskette und auf hohem TRL vom Material bis zum Modul zu betrachten. Damit können Potentiale gehoben und Risiken minimiert werden.

Unsere Services im »Pero-Si-SCALE« umfassen:

• Evaluation und Entwicklung skalierbarer Gasphasenbeschichtungsprozesse für großflächige Tandemsolarzellen
• Entwicklung und Fertigung von hocheffizienten Tandemsolarzellen auf bis zu G12-Waferformat
• Entwicklung und Evaluation der vollständigen Prozesskette für Tandemsolarzellen auf G12-Waferformat

Perowskit-Solarzellen bestehen aus extrem dünnen (1-1000 nm), funktionalen Schichtsystemen. Für die homogene Abscheidung auf texturierten Silizium-Untersolarzellen stehen im Pero-Si-SCALE präzise abgestimmte Dünnschichttechnologien bereit. In der Gasphasenabscheidung nutzen wir Hochraten-Linearverdampfer zur Deposition organischer und anorganischer Kontaktschichten (z. B.  C60) sowie zur Co-Verdampfung von Perowskitabsorbern. Industrielle Sputterprozesse mit variablen Quellendesigns ermöglichen die Herstellung dünner Metalloxide wie NiO_x, ITO oder SnO sowie dielektrischer Schichten. Ergänzend erlaubt unsere Spatial-Atomlagenabscheideanlage (ALD) die besonders schonende Abscheidung von Pufferschichten und ultradünnen Passivierungsschichten aus verschiedensten Materialien. Alle Anlagen sind auf das G12-Waferformat (210 × 210 mm²) ausgelegt und ermöglichen eine vorindustrielle Bewertung von Technologien und Materialien auf hohem Reifegrad.

Eine partikelfreie Oberfläche ist Voraussetzung für eine effiziente Perowskit-Topzelle. Sie wird durch spezialisierte Reinigungsverfahren mit Ozon, Ultraschall und weiteren Oxidationsmitteln erzielt. Dafür testen und bewerten wir neue Reinigungsmittel und -anlagen hinsichtlich ihrer Eignung für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen.

Nasschemische Prozesse bieten ein großes Potenzial als kostengünstige Technologien zur Abscheidung von Kontakt-, Passivierungs- und Perowskit-Absorberschichten. Dafür evaluieren wir verschiedene Verfahren wie Tauch- und Sprühbeschichtungen sowie Drucktechnologien wie Inkjet-, Rotations- und Schlitzdruck, die sich durch hohe Skalierbarkeit auszeichnen. Die finale Kristallisation des Perowskits erreichen wir in einem hochpräzisen Temperverfahren welches unter kontrollierter Atmosphäre stattfindet. Zudem entwickeln wir kundenspezifische Beschichtungsprozesse und analysieren eingesetzte Ausgangsstoffe und Lösungsmittel in Hinblick auf Stabilität, Reinheit und Abscheideverhalten.

Um eine optimale Verbindung der organischen Lochleitermoleküle mit dem Substrat zu erreichen, setzen wir UV-, Plasma- und ozongestützte Konditionierungen ein. Dünne Filme werden mittels Tauch- oder Sprühverfahren abgeschieden – Prozesse, die sich durch hohe Skalierbarkeit auszeichnen. Zudem entwickeln wir kundenspezifische Beschichtungsverfahren und prüfen verschiedene organische Lochleitermoleküle auf Stabilität, Reinheit und Abscheideverhalten.

Wir entwickeln und optimieren nasschemische Prozesse für die Abscheidung lochleitender, monomolekularer Schichten sowie für das Aufbringen organischer Komponenten im Perowskit-Kristall.

In der FuE-Plattform Pero-Si-SCALE am Fraunhofer ISE untersuchen wir die vollständige Prozesskette für Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen auf G12-Waferformat. Unser Ziel ist es, alle relevanten Prozessschritte einer großflächigen Zellenfertigung abzubilden und deren Abhängigkeiten genau zu verstehen. Dabei analysieren wir unter anderem, was zwischen den einzelnen Prozessschritten geschieht – etwa Wartezeiten, Umgebungsbedingungen und Lagerphasen die Materialeigenschaften und Schichtqualität beeinflussen. Durch gezielte Prozessvariation, sorgfältige Datenerfassung während und zwischen den Prozessen sowie durch umfassende Charakterisierung identifizieren wir kritische Schnittstellen und leiten Optimierungsstrategien zur Verbesserung von Prozessstabilität, Durchsatz und Effizienz ab. Neben der wissenschaftlichen Untersuchung bieten wir unseren Partnern und Kundinnen die Möglichkeit, gemeinsam entwickelte Prozesse zu evaluieren, zu skalieren und auf industrienahe Fertigungskonzepte zu übertragen. So schaffen wir einen praxisnahen Mehrwert für die Weiterentwicklung und Kommerzialisierung von Tandemtechnologien.