Het vacuümproces kan leiden tot volwassenheid van de markt.

Volgens het Karlsruhe Institute of Technology (Kit) en het National Renewable Energy Laboratory (NREL, VS) Het zijn industrieel bewezen vacuümprocessen, met bepaalde verbeteringen, ideaal voor de snelle commercialisering van perovskietzonnecellen.

De meeste onderzoekslaboratoria die zich bezighouden met perovskietzonnecellen richten zich op op oplosmiddelen gebaseerde productieprocessen. Gevestigde PV-bedrijven gebruiken echter vacuümprocessen vrijwel uitsluitend voor de depositie van hoogwaardige dunne films. De Kit en NREL proberen de twee bij elkaar te brengen.

Zijn onderzoek is gepubliceerd in Energy & Environmental Science.

Perovskiet-silicium tandemzonnecellen hebben de afgelopen tien jaar een snelle ontwikkeling doorgemaakt: in onderzoek zijn rendementen van meer dan 33 procent bereikt. Dit betekent dat ze nu al superieur zijn aan conventionele op silicium gebaseerde zonnecellen. De volwassenheid van de markt laat echter nog steeds op zich wachten. Een van de obstakels is de onopgeloste vraag welk proces het beste perovskiet-zonnecellen als massaproduct produceert. Op oplosmiddelen gebaseerde productieprocessen, die in laboratoria over de hele wereld worden gebruikt, of vacuümdampdepositieprocessen, die standaard zijn bij de productie van dunne films voor fotovoltaïsche cellen of organische lichtemitterende diodes (OLED’s).

Hoe werkt het

• Bij de productie op oplosmiddelbasis wordt gebruik gemaakt van inkten waarin organische en anorganische zouten worden opgelost in een oplosmiddel. Deze inkten kunnen vervolgens met behulp van verschillende printtechnieken op het oppervlak van een substraat worden aangebracht.
• Aan de andere kant wordt de vacuümproductie uitgevoerd met behulp van droge, oplosmiddelvrije processen. Bij dit proces sublimeren de materialen in een vacuüm onder toevoeging van warmte, dat wil zeggen dat ze overgaan van de vaste naar de gasvormige toestand van het aggregaat en condenseren op het oppervlak van het substraat.
• In principe is het ook mogelijk om beide processen te combineren voor de productie van perovskietzonnecellen.

Voors en tegens

In het onderzoek analyseerden de auteurs de voor- en nadelen van beide methoden. Het overwicht van de op oplosmiddelen gebaseerde productie in het onderzoek tot nu toe ligt in de eenvoudige laboratoriumverwerking, die zeer goede resultaten rechtvaardigt in termen van efficiëntie onder laboratoriumomstandigheden en lage kosten. Daarnaast bestaat de mogelijkheid van schaalbare roll-to-roll-productie, d.w.z. een oneindige opening tussen twee rollen, vergelijkbaar met het drukken van kranten.

Het op vacuüm gebaseerde productieproces brengt iets hogere investeringskosten met zich mee en blijft momenteel achter wat betreft depositiesnelheid, dat wil zeggen productieopbrengst, volgens de in het onderzoek gebruikte processen.

De auteurs wijzen echter op een verscheidenheid aan oplossingen en schatten dat deze concurrerend zijn, rekening houdend met reële parameters zoals elektriciteitskosten, productieprestaties, materiaalkosten, ontmanteling of recycling.

Met name de goede herhaalbaarheid van de depositie, de eenvoudige procesbeheersing, de beschikbaarheid van industriële procesapparatuur en de gemakkelijke uitbreiding van de depositie van kleine gebieden zonnecellen vanuit het laboratorium naar toepassingsrelevante productgebieden maken het proces zeer interessant voor marketing.

“Vacuümgebaseerde productie presteert daarom beter dan de reputatie doet vermoeden”, zegt Tobias Abzieher (Swift Solar). Het is daarom niet verrassend dat de auteurs, in een voor het eerst gepubliceerd overzicht van commercialiseringsactiviteiten voor perovskiettechnologie, al een sterke interesse van de industrie konden aantonen in op vacuüm gebaseerde processen voor de productie van perovskietzonnecellen.

Laatste stappen

Volgens de onderzoekers moet de productiemethode verder worden verbeterd, wil op vacuüm gebaseerde processen volledig kunnen profiteren van hun schaaleffecten. Om de prestatie verder te verhogen is onder meer verder onderzoek naar de kwaliteit van de scheiding nodig. Daarnaast is het belangrijk om de scheidingssnelheid aanzienlijk te verhogen.