PrEsto - Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen: Entwicklung skalierbarer Prozesstechnologien; Teilvorhaben: Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen auf Heterojunction-Bottom-Zellen

Abstract

Das Projekt PrEsto hatte zum Ziel, IP und Knowhow auf dem Gebiet der Perowskit-Silizium-Tandemsolarzellen zu erarbeiten. Der technologische Ansatz des Projekts war es, 1) bestehende, bereits industriell umgesetzte Prozesse der Silizium-Zelltechnologie so anzupassen, dass kostengünstige Unterzellen für solche Tandems hergestellt werden können, und 2) geeignete Prozesse, Materialien und die entsprechende Anlagentechnik zur großflächigen Herstellung der Perowskit Top-Solarzelle zu identifizieren und zu entwickeln. Die technologischen Herausforderungen im Gesamtprojekt lagen, bezogen auf die Perowskit-Topzelle, in der Abscheidung eines stabilen Perowskitabsorbers mit angepasster Bandlücke auf texturiertem Silizium; der Demonstration, dass diese Technologien auf Voll-Wafer-Format skalierbar sind; der Herstellung hierauf angepasster selektiver Kontaktsysteme (Elektronen- und Lochleiter) und der Entwicklung geeigneter transparenter leitfähiger Schichten und Metallisierungen, die bei hinreichend niedrigen Temperaturen und großflächig hergestellt werden können. In Bezug auf die Silizium-Unterzelle waren ebenfalls eine Reihe von Aufgaben zu lösen: Die Entwicklung einer Oberflächen-Textur, die die großflächige Prozessierung der Perowskit-Zelle erlaubt, gleichzeitig aber auch den Lichteinfang in der Zelle unterstützt; die Herstellung von transparenten, gut passivierten Kontakten auf der Vorderseite der Silizium-Zelle, sowie die Schaffung eines verlustarmen elektrischen (Tunnel-)Kontakts zur Perowskit-Topzelle. Technologisches Gesamtziel dieser Arbeiten war die Herstellung einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle im Voll-Wafer-Format und mit industriellen Technologien mit einem Wirkungsgrad >28%. Das Teilvorhaben des HZB richtete sich speziell auf Arbeiten zur Prozess- und Anlagenentwicklung für die Perowskit-Topzelle, d.h. den Perowskit-Absorber sowie weitere Funktionsschichten und Kontakte. Außerdem waren Anpassungen geplant an der Silizium-Heterokontakt-Unterzelle, die das HZB bereits in früheren Projekten entwickelt hatte, dazu begleitende Charakterisierungen von Tandem- und Einzelzellen sowie der einzelnen Materialien/Schichten. Die übergeordneten Ziele dieses Teilvorhabens lassen sich deshalb wie folgt zusammenfassen:

Entwicklung von industriekompatiblen Depositionsverfahren basierend auf Vakuum-basierten und nasschemischen Prozessen, mit denen auf großen Flächen effiziente Perowskit-Topzellen hergestellt werden können, Identifikation von hocheffizienten Absorber-, Kontakt- und Funktionsschichtmaterialien für skalierbare Perowskit-Topzell-Prozesse, Anpassung des Zelldesigns von etablierten Silizium-Heterokontakt (SHJ) Solarzellen für optimierte Perowskit-Silizium-Tandems, inkl. optisch und elektrisch optimierter Verbindungsschichten der Subzellen, auf Flächen bis zum Voll-Wafer-Format (M2) Demonstration einer Perowskit-Silizium-Tandemsolarzelle im M2-Format mit industriekompatiblen Technologien und Wirkungsgrad >28%