Halvledaren perovskit ses som ett nytt hopp om att sänka solcellens produktionspris under det kisel som hittills använts. Empa utvecklar nya tillverkningsprocesser för att göra perovskit -solceller inte bara billigare utan också snabbare att producera och göra dem klara för industriellt bruk.

Sedan utvecklingen av den första perovskit solcellen 2009, dess effektivitet är nu lika med den för en konventionell kiselcell. Dock, det hade fortfarande vissa svagheter i början; till exempel, på grund av dess struktur och material som används, det är mycket känsligt för fukt, syre, värme, UV -ljus och mekanisk stress. Detta gör cellen mindre hållbar. Michael Grätzel och Hongwei Han hittade en lösning på detta problem 2014, när de två EPFL -forskarna utvecklade en cell med en mesoporös ram av oxider och kol. Men den här tanken var ännu inte säljbar.

Åtminstone tills nu:Frank Nüesch, Chef för Empas avdelning för funktionella polymerer, och hans team har arbetat intensivt de senaste åren med nya tillverkningsprocesser för just dessa solceller för att inte bara producera dem snabbare utan också billigare. För detta ändamål, forskarna samarbetade med Solaronix SA, ett företag baserat i västra Schweiz, som en del av ett projekt från Swiss Federal Office of Energy (SFOE). Tillsammans producerade de en funktionell perovskitcell i laboratorieskala med en yta på 10x10cm.

Slot-die istället för screentryck

För produktion av denna nya perovskitcell, den så kallade slot-die-processen används. Här, materialskiktet appliceras på ett glasunderlag och struktureras sedan genom att avlägsna överflödigt material med en laser. "Med den nya beläggningsprocessen, vi kan inte bara pälsa snabbare, men också bestämma tjockleken på skikten mer flexibelt, "säger Nüesch. I framtiden, spår-matrisprocessen kommer att göra det möjligt att täcka meterlånga banor relativt enkelt och snabbt. Beläggningshastigheten är då också det centrala elementet i en möjlig industrialisering av perovskitcellproduktion.

Totalt fem lager av olika material, inklusive titanoxid, zirkoniumoxid och grafit, krävs för en sådan cell. Medan i den screentryckprocess som använts hittills, lagren måste torkas och sintras (dvs komprimeras) individuellt - vilket tar mycket tid och energi - i spaltformsprocessen kan alla lager appliceras direkt efter varandra och sintras tillsammans. "Med denna nya process kan vi" skriva ut "sju gånger snabbare än med den tidigare skärmutskriftsmetoden, "förklarar Nüesch. Perovskitsolcellen får sin sista touch genom att applicera perovskitabsorbenten med bläckstråleskrivare i Empas" Coating Competence Center "-den så kallade infiltrationen. Här appliceras perovskiten inte längre på underlaget som ett fast lager , men sipprar igenom alla solcellens porösa lager ner till botten.

Ett framgångsrikt samarbete

Vid utvecklingen av den nya processen, Empa -teamet arbetade nära med Solaronix -experter. De är källan till "bläcket" - noskala ledare, halvledare och isolatorer - för att skriva ut individen, skiva-tunna lager av solcellen. Svårigheten för Empa-forskarna var att förbereda detta bläck på ett sådant sätt att det var lämpligt för spårstansprocessen. Beläggningsenhetens olika inställningar, såsom hastigheten på spårmunstycket, flödeshastigheten och avståndet mellan spaltformen och substratet, måste också samordnas för att uppnå ett optimalt resultat. Nu har de lyckats göra just det.

En ytterligare fördel med perovskitsolcellerna som produceras med denna nya process är en längre livslängd jämfört med tidigare perovskitceller. I ett nästa steg, fältprov kommer att följa:i slutet av 2020, perovskit solceller kommer att monteras på taket av NEST -byggnaden på Empa campus i Dübendorf, där de måste bevisa sig själva i vardagligt bruk.