Ny produktionsproces for perovskitceller:Hurtig, billigt spor til nye typer solceller

Halvlederperovskitten ses som et nyt håb om at bringe produktionsprisen på solceller ned under den hidtil anvendte silicium. Empa udvikler nye fremstillingsprocesser for at gøre perovskit-solceller ikke kun billigere, men også hurtigere at producere og gøre dem klar til industriel brug.

Siden udviklingen af ​​den første perovskit-solcelle i 2009, dens effektivitet er nu lig med en konventionel siliciumcelle. Imidlertid, den havde stadig nogle svagheder i begyndelsen; for eksempel, på grund af dens struktur og de anvendte materialer, det er meget følsomt over for fugt, ilt, varme, UV-lys og mekanisk stress. Dette gør cellen mindre holdbar. Michael Grätzel og Hongwei Han fandt en løsning på dette problem i 2014, da de to EPFL-forskere udviklede en celle med en mesoporøs ramme af oxider og kulstof. Men denne idé var endnu ikke salgbar.

I hvert fald indtil nu:Frank Nüesch, Leder af Empas afdeling for funktionelle polymerer, og hans team har arbejdet intensivt i de senere år på nye fremstillingsprocesser for netop disse solceller for at producere dem ikke kun hurtigere, men også billigere. Til denne ende, forskerne samarbejdede med Solaronix SA, en virksomhed baseret i det vestlige Schweiz, som en del af et projekt fra det schweiziske føderale energikontor (SFOE). Sammen producerede de en funktionel perovskitcelle i laboratorieskala med et overfladeareal på 10x10 cm.

Slot-die i stedet for serigrafi

Til produktion af denne nye perovskitcelle, den såkaldte slot-die-proces anvendes. Her, materialelaget påføres et underlag af glas og struktureres derefter ved at fjerne overskydende materiale med en laser. "Med den nye belægningsproces, vi kan ikke kun belægge hurtigere, men også bestemme tykkelsen af ​​lagene mere fleksibelt, " siger Nüesch. I fremtiden, slot-die processen vil gøre det muligt at belægge meterlange baner relativt nemt og hurtigt. Belægningshastigheden er da også det centrale element i en eventuel industrialisering af perovskitcelleproduktion.

I alt fem lag af forskellige materialer, inklusive titaniumoxid, zirkonia og grafit, er nødvendige for en sådan celle. Mens der i den hidtil anvendte serigrafi-proces, lagene skal tørres og sintres (dvs. komprimeres) individuelt - hvilket tager meget tid og energi - i spaltedyseprocessen kan alle lag påføres direkte efter hinanden og sintres sammen. "Med denne nye proces kan vi 'printe' syv gange hurtigere end med den tidligere serigrafimetode, " forklarer Nüesch. Perovskit-solcellen får sit sidste præg ved at påføre perovskit-absorberen ved hjælp af inkjet-print i Empas "Coating Competence Center" - den såkaldte infiltration. Her påføres perovskitten ikke længere underlaget som et fast lag , men siver gennem alle solcellens porøse lag ned til bunden.

Et vellykket samarbejde

Ved udviklingen af ​​den nye proces, Empa-teamet arbejdede tæt sammen med Solaronix-eksperter. De er kilden til "blæk" - nanoskala ledere, halvledere og isolatorer - til udskrivning af den enkelte, wafertynde lag af solcellen. Vanskeligheden for Empa-forskerne var at forberede denne blæk på en sådan måde, at den var egnet til slot-die-processen. Belægningsenhedens forskellige indstillinger, såsom hastigheden af ​​spalteformen, strømningshastigheden og afstanden mellem spalteformen og substratet, også skulle koordineres for at opnå et optimalt resultat. Nu er det lykkedes dem at gøre netop det.

En yderligere fordel ved de perovskit-solceller, der produceres ved hjælp af denne nye proces, er en længere levetid sammenlignet med tidligere perovskitceller. I et næste trin, felttest vil følge:ved udgangen af ​​2020, Perovskite-solcellerne vil blive monteret på taget af NEST-bygningen på Empa-campus i Dübendorf, hvor de bliver nødt til at bevise sig selv i hverdagen.