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Montag, 29 Juni 2020 14:35

Neues Herstellungsverfahren für Perowskit-Zellen

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Der Halbleiter Perowskit gilt als neue Hoffnung, den Herstellungspreis für Solarzellen unter denjenigen des bislang verwendeten Siliziums zu drücken. Die Empa entwickelt neue Herstellungsverfahren, um Perowskit-Solarzellen nicht nur günstiger, sondern auch schneller zu produzieren und fit für die Industrie zu machen.

Perowskit-Solarzellen erreichen heute einen Wirkungsgrad, der mit dem einer herkömmlichen Silizium-Zelle vergleichbar ist. Sie reagieren aber bisher aufgrund ihres Aufbaus und der verwendeten Materialien sehr empfindlich auf Feuchtigkeit, Sauerstoff, Hitze, UV-Licht und mechanische Belastung. Dadurch wird die Zelle weniger lange haltbar. Durch die Entwicklung einer Zelle mit einem Gerüst aus Oxiden und Kohlenstoff konnten diese Nachteile beseitigt werden, die Idee war aber noch nicht markttauglich.

Für die Herstellung dieser neuartigen Perowskit-Zelle kommt heute das sogenannte Schlitzdüsenverfahren zum Einsatz. Dabei wird die Materialschicht auf eine Glasschicht aufgetragen und im Anschluss strukturiert, indem überschüssiges Material mittels Laser entfernt wird. Mit dem neuen Beschichtungsverfahren kann nicht nur schneller beschichtet werden, sondern auch die Dicke der einzelnen Schichten ist exakter festzulegen. Mit dem Schlitzdüsenverfahren lassen sich künftig relativ einfach und schnell meterlange Bahnen beschichten. Die erhöhte Beschichtungsgeschwindigkeit ist auch das zentrale Element bei einer möglichen Industrialisierung der Perowskit-Zellproduktion.

Insgesamt fünf Schichten aus unterschiedlichen Materialien, darunter Titanoxid, Zirkonoxid und Graphit, sind für eine solche Zelle nötig. Während beim bisherigen Siebdruck Verfahren die Schichten einzeln getrocknet und gesintert (also verdichtet) werden müssen, was viel Zeit und Energie in Anspruch nimmt, lassen sich beim Schlitzdüsenverfahren sämtliche Schichten direkt nacheinander auftragen und gemeinsam sintern. Mit diesem neuen Verfahren kann sieben Mal schneller gedruckt werden als mit der bisherigen Methode im Siebdruck. Den finalen Touch erhält die Perowskit-Solarzelle durch das Aufbringen des Perowskit-Absorbers mittels Tintenstrahl-Druck im Coating Competence Center der Empa, dem sogenannten Infiltrieren. Dabei wird das Perowskit nicht wie bisher als feste Schicht auf das Substrat aufgebracht, sondern sickert durch alle porösen Unterschichten der Solarzelle bis zum Boden.

Empa, www.empa.ch

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  • Ausgabe: 6
  • Jahr: 2020
  • Autoren: Dr.-Ing. Richard Suchentrunk

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