{"id":97589,"date":"2024-02-21T02:10:00","date_gmt":"2024-02-21T01:10:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/?p=97589"},"modified":"2024-02-20T15:11:03","modified_gmt":"2024-02-20T14:11:03","slug":"perowskit-solarzellen-vakuumverfahren-kann-zur-marktreife-fuehren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sonnenseite.com\/de\/wissenschaft\/perowskit-solarzellen-vakuumverfahren-kann-zur-marktreife-fuehren\/","title":{"rendered":"Perowskit-Solarzellen: Vakuumverfahren kann zur Marktreife f\u00fchren"},"content":{"rendered":"\n

Verschiedene Produktionsans\u00e4tze in Forschung und Industrie \u2013 Vergleichsstudie beleuchtet Wege f\u00fcr die Massenproduktion.<\/p>\n\n\n\n

Weltweit arbeiten Forschung und Industrie an der Kommerzialisierung der Perowskit-Photovoltaik. In den meisten Forschungslaboren stehen l\u00f6sungsmittelbasierte Herstellungsverfahren im Fokus, da diese vielseitig und einfach anzuwenden sind. Etablierte Photovoltaikfirmen setzen heute jedoch fast ausschlie\u00dflich auf Vakuumverfahren zur Abscheidung von hochqualitativen D\u00fcnnschichten. Ein internationales Konsortium unter der Leitung des Karlsruher Instituts f\u00fcr Technologie (KIT) und des U.S. Department of Energy\u2019s National Renewable Energy Laboratory (NREL, USA) hat diese kritische Diskrepanz zwischen Labor und Industrie analysiert. Sie heben hervor: Industriell erprobte Vakuumverfahren k\u00f6nnten mit gewissen Verbesserungen zur schnellen Kommerzialisierung bei den Perowskit-Solarzellen beitragen. Die Ergebnisse sind in Energy & Environmental Science<\/em> (DOI: 10.1039\/d3ee03273f<\/a>) erschienen.<\/p>\n\n\n\n

Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen haben in den vergangenen zehn Jahren eine rasante Entwicklung durchlaufen: In der Forschung konnten Wirkungsgrade von mehr als 33 Prozent erreicht werden. Damit liegen sie bereits heute \u00fcber den herk\u00f6mmlichen siliziumbasierten Solarzellen. Die Marktreife steht allerdings noch aus. Eine der H\u00fcrden ist die ungekl\u00e4rte Frage, mit welchem Verfahren sich Perowskit-Solarzellen als Massenprodukt am besten herstellen lassen. Dabei stehen l\u00f6sungsmittelbasierte Herstellungsverfahren, die in den Laboren weltweit angewandt werden, Dampfphasenabscheidungsverfahren im Vakuum gegen\u00fcber, die auch heute noch Standard in der Herstellung von D\u00fcnnschichten in der Photovoltaik oder bei der Produktion organischer Leuchtdioden (OLEDs) sind.
 
In einer aktuellen Vergleichsstudie zeigte ein internationales Konsortium aus akademischen und industriellen Partnern unter der Leitung des NREL und des KIT gro\u00dfe Unterschiede in der wissenschaftlichen Auseinandersetzung mit diesen Produktionsverfahren auf. Tenure-Track-Professor Ulrich W. Paetzold vom Institut f\u00fcr Mikrostrukturtechnik sowie vom Lichttechnischen Institut des KIT erkl\u00e4rt: \u201e98 Prozent aller wissenschaftlichen Studien im Jahr 2022 wurden zu l\u00f6sungsmittelbasierten Verfahren publiziert. Vakuumbasierte Verfahren, die sich seit Jahrzehnten in der Industrie bew\u00e4hrt haben und eine Kommerzialisierung der Solarzellen entscheidend voranbringen k\u00f6nnten, werden stiefm\u00fctterlich behandelt.\u201c<\/p>\n\n\n\n

Zur Erl\u00e4uterung: Bei der l\u00f6sungsmittelbasierten Herstellung werden Tinten genutzt, in denen organische und anorganische Salze in einem L\u00f6sungsmittel gel\u00f6st werden. Diese Tinten k\u00f6nnen dann \u00fcber verschiedene Drucktechniken auf der Oberfl\u00e4che eines Substrats abgeschieden werden. Im Gegensatz dazu verwendet die vakuumbasierte Herstellung trockene und l\u00f6sungsmittelfreie Verfahren. Dabei werden die Materialien in einem Vakuum unter Zufuhr von W\u00e4rme sublimiert, das hei\u00dft vom festen in den gasf\u00f6rmigen Aggregatszustand \u00fcberf\u00fchrt und auf der Substratoberfl\u00e4che kondensiert. Prinzipiell ist es auch m\u00f6glich, beide Verfahren f\u00fcr die Herstellung von Perowskit-Solarzellen zu kombinieren.<\/p>\n\n\n\n

Laborwirkungsgrade und Durchsatz sind nicht alles, wenn es um die Massenproduktion geht<\/h4>\n\n\n\n

In der Studie analysierten die Autorinnen und Autoren die Vor- und Nachteile beider Methoden. Die bisherige Dominanz der l\u00f6sungsmittelbasierten Herstellung in der Forschung liegt demnach in der unkomplizierten Handhabung in Laboren, der sehr guten Ergebnisse im Hinblick auf den Wirkungsgrad unter Laborbedingungen und ihren geringen Kosten begr\u00fcndet. Dazu kommt die m\u00f6gliche skalierbare Rolle-zu-Rolle-Fertigung, also die Endlosabscheidung zwischen zwei Rollen, \u00e4hnlich des Zeitungsdrucks.<\/p>\n\n\n\n

Das vakuumbasierte Produktionsverfahren verursacht im Vergleich dazu etwas h\u00f6here Investitionskosten und liegt aktuell \u2013 legt man die in der Forschung angewandten Verfahren zugrunde \u2013 hinsichtlich der Abscheidungsgeschwindigkeit, das hei\u00dft dem Produktionsdurchsatz, noch im Hintertreffen. Die Autorinnen und Autoren zeigen jedoch eine Vielzahl von L\u00f6sungsans\u00e4tzen auf und sch\u00e4tzen ab, dass es unter Ber\u00fccksichtigung von realen Parametern wie Stromkosten, Produktionsertrag, Material-, Stilllegungs- oder Recyclingkosten konkurrenzf\u00e4hig ist. Vor allem die gute Wiederholbarkeit der Abscheidung, die einfache Prozesskontrolle, die Verf\u00fcgbarkeit von industriellem Prozessequipment und die einfache Skalierung der Abscheidung von den kleinen Solarzellenfl\u00e4chen aus dem Labor hin zu anwendungsrelevanten Produktfl\u00e4chen machen das Verfahren demnach hochinteressant f\u00fcr die Kommerzialisierung.  \u201eDie vakuumbasierte Herstellung schneidet also besser ab als ihr Ruf\u201c, so Tobias Abzieher (Swift Solar). Somit ist es auch nicht verwunderlich, dass die Autorinnen und Autoren in einem erstmalig ver\u00f6ffentlichten \u00dcberblick \u00fcber Kommerzialisierungsaktivit\u00e4ten in der Perowskit-Technologie bereits heute ein reges Interesse an vakuumbasierten Verfahren f\u00fcr die Herstellung von Perowskit-Solarzellen vonseiten der Industrie nachweisen konnten \u2013 trotz der Diskrepanz im Hinblick auf die haupts\u00e4chlich eingesetzte Methode in der Forschung.<\/p>\n\n\n\n

Damit vakuumbasierte Verfahren ihre Skalierungseffekte voll ausspielen k\u00f6nnen, m\u00fcsse die Herstellungsmethode dennoch weiter verbessert werden, so die Forschenden. Unter anderem m\u00fcsse weiter an der Qualit\u00e4t der Abscheidung geforscht werden, um den Wirkungsgrad noch weiter zu steigern. Zudem gelte es, die Geschwindigkeit der Abscheidung deutlich zu erh\u00f6hen. \u201eVakuumbasierte Herstellungsverfahren sind nicht nur die erste Wahl der Industrie, wenn es darum geht, die D\u00fcnnschicht-Technologien zur Marktreife zu bringen. Unsere Analyse zeigt auch, dass die Verfahren wettbewerbsf\u00e4hig mit l\u00f6sungsmittelbasierten Ans\u00e4tzen sind\u201c, erg\u00e4nzt David More vom NREL.<\/p>\n\n\n\n