Fügeprozesse zur Herstellung von Perowskit-Solarmodulen

Abstract

Für die Energiewende werden nachhaltige Energiequellen ohne fossile Energieträger gesucht. Die Nutzung des Sonnenlichts begann in den 1970er Jahren und führte zur Entwicklung marktreifer Photovoltaik-Module, die seit den 90ern verbreitet sind. Diese Module basieren auf Silicium-Solarzellen, deren Herstellung jedoch energieintensiv ist. Unser Projekt zielt darauf ab, siliciumfreie Solarmodule mit Perowskit-Materialien zu entwickeln. Seit 2010 wurden beeindruckende Wirkungsgradsteigerungen bei Perowskit-Zellen erzielt, die im Labor höhere Wirkungsgrade als Mono-Siliciumzellen erreichen. Diese Materialien müssen vor Feuchtigkeit und Atmosphäre geschützt werden. Unser Ansatz, PeroTecTM, sieht vor, das Perowskit-Material erst am Ende in ein Glasmodul einzufüllen. Wir entwickeln einen thermischen Fügeprozess, um zwei Glastafeln zu verbinden, zur Atmosphäre hin abzudichten und die Zellen im Inneren zu trennen, wobei ein Spalt von ca. 10 µm entstehen soll. In diese Kavität wird das flüssige Perowskit-Material eingefüllt. Die Ziele für kleine Module (160 mm x 160 mm) wurden vollständig erreicht, während für das große Modul (800 mm x 600 mm) teilweise Erfolge erzielt wurden, insbesondere durch einen innovativen Vakuumfügeprozess. Glastafeln konnten mit einem Spaltmaß von ca. 20 µm hergestellt werden. Das Projekt fokussierte sich auf die Machbarkeit der Perowskit-Solarmodule, wodurch ein Sprung des Technology Readiness Level (TRL) von TRL 2 auf TRL 4 gelang. For the energy transition, sustainable energy sources without fossil fuels are being sought. The utilization of sunlight began in the 1970s and led to the development of market-ready photovoltaic modules that have been widespread since the 1990s. These modules are based on silicon solar cells, the production of which is energy-intensive. Our project aims to develop silicon-free solar modules using perovskite materials. Since 2010, impressive efficiency gains have been achieved with perovskite cells, which achieve higher efficiencies in the lab than monocrystalline silicon cells. These materials need to be protected from moisture and atmosphere. Our approach, PeroTecTM, involves filling the perovskite material into a glass module only at the end. We are developing a thermal joining process to connect two glass plates, seal them against the atmosphere, and separate the cells inside, creating a gap of about 10 µm. The liquid perovskite material will be filled into this cavity. The targets for small modules (160 mm x 160 mm) have been fully achieved, while partial successes have been obtained for the large module (800 mm x 600 mm), particularly through an innovative vacuum joining process. Glass plates could be produced with a gap of approximately 20 µm. The project focused on the feasibility of perovskite solar modules, resulting in a jump in the Technology Readiness Level (TRL) from TRL 2 to TRL 4.