Onderzoekers melden doorbraak in productie perovskiet tandemzonnecellen

De onderzoekers slaagden erin om de spin-coating techniek, die alleen geschikt is voor laboratoriumgebruik, in de productie te vervangen door blade-coating. Ze combineerden verdamping en blade-coating in een zogenaamde ‘hybride route’ om de perovskiet zonnecellen op siliciumzonnecellen aan te brengen.

27,8 procent
‘Het succesvol aanbrengen van perovskiet materialen met schaalbare technologieën op de silicium ondercel is een doorbraak voor ons’, aldus Oussama Er-raji, promovendus en projectleider bij Fraunhofer ISE.

De onderzoekers demonstreerden volledig getextureerde perovskiet-silicium tandemzonnecellen met rendementen van 27,8 procent. Een belangrijk inzicht was dat de coatingsnelheid in het hybride proces niet de dikte van de perovskiet laag beïnvloedt, maar wel correleert met de perovskiet conversiesnelheid.

Industriële toepasbaarheid
Hoewel de huidige perovskiet-silicium zonnecellen in laboratoria al rendementen van meer dan 33 procent halen, blijft grootschalige productie een uitdaging. Het nieuwe proces biedt hiervoor een oplossing. ‘In een twee-staps hybride proces worden eerst de anorganische componenten van de perovskiet absorber verdampt, gevolgd door blade-coating van de organische componenten. Dit maakt het geschikt voor productie op industriële schaal’, legt Er-raji uit.

De tandemtechnologie bouwt voort op bestaande kennis die al in de industrie beschikbaar is. Juliane Borchert, groepsleider Perovskiet Materialen en Interfaces bij Fraunhofer ISE, verwacht dat de opgedane kennis over blade-coating ook toegepast kan worden op slot-die-coating, een techniek die nog beter geschikt is voor opschaling.

Efficiënte conversie
Silicium zonnecellen kunnen maximaal 29,4 procent van het zonlicht omzetten in elektriciteit. Om het rendement verder te verhogen, richten onderzoekers wereldwijd zich op tandemtechnologie, met name de combinatie van een silicium ondercel met een perovskiet toplaag.

Deze combinatie benut het zonlicht efficiënter. De silicium zonnecel zet vooral het rode deel van het lichtspectrum om in elektriciteit, terwijl de perovskiet toplaag het blauwe deel beter benut. Verschillende onderzoeksgroepen, waaronder die van KAUST en Fraunhofer ISE, onderzoeken manieren om perovskiet-silicium tandemzonnecellen geschikt te maken voor massaproductie.

Toekomstgerichte technologie
Spin-coating, de techniek die tot nu toe werd gebruikt voor het aanbrengen van perovskiet lagen, is zeer flexibel en maakt snelle tests mogelijk van nieuwe materialen en procesparameters. Voor grootschalige productie is deze methode echter niet geschikt.

De onderzoekers van KAUST en Fraunhofer ISE werken voort op hun uitgebreide ervaring met de hybride route, waarbij verdamping wordt gecombineerd met een nat-chemisch proces. Waar eerder spin-coating werd gebruikt voor de nat-chemische stap, hebben ze nu hun kennis succesvol overgedragen naar de meer schaalbare blade-coating voor de tweede stap.