UPERO – Aufskalieren der Perowskit Solarzellentechnologie

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501816
• Projekttitel Englisch: UPERO – Scale-up of perovskite solar cells

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Dünnfilm-Solarzellen basierend auf organisch-anorganischen Hybridsalzen mit Perowskitstruktur sind heute eine der vielversprechendsten Technologien für die kostengünstige, aufskalierbare Photovoltaik-strom Produktion. Dieser neue Ansatz hat die meisten anderen Bestrebungen, Solarzellen mit hohem Durchsatz mittels Lösungsmittelverfahren zu beschichteten, buchstäblich überrannt. Ziel von UPero ist das Aufskalieren eines effizienten Produktionsprozesses mit hohem Durchsatz und geringem Wärmeein-trag. Die erzielten Ergebnisse sollen die Industrialisierung dieser jungen Dünnfilmtechnologie vorantrei-ben. Zum Projektabschluss wird ein grossflächiges Solarmodul demonstriert. Das Projekt UPero soll die Grundlage für eine grossflächige industrielle Produktion erstellen.

Kurzbeschreibung (Englisch)

Thin film solar cells based on hybrid organic-inorganic salts with perovskite structure are considered to be the most promising technology for low cost, large-scale photovoltaic energy conversion. This new approach has literally overrun most of the competing efforts focused on high-throughput solution coated devices. The UPero project aims to scale-up an efficient production process while reducing the thermal input and increasing the coating speed. The results shall foster the industrialization of this young thin film technology. A full size solar module will be demonstrated at the end of the project. The present proposal UPero shall establish the groundwork for industrial large-area production.

Schlussbericht (Deutsch)

Die Hochskalierung der Kohlenstoff-basierten Perowskit Dünnfilmphotovoltaik Technologie (CPSC) stellt hohe Ansprüche an die Homogenität der photoaktiven Schichten über die gesamte Modulfläche. Das dreijährige Entwicklungsprojekt umfasst zunächst die Formulierung geeigneter Tinten sowie Prozessparameter zur Schlitzdüsen – und Siebdruckbeschichtung der porösen Multischichtstruktur auf 12.5 x 25 cm grossen Flächen. Ferner konnte mittels Tintenstrahldruck ein Verfahren entwickelt werden, um das metallorganische Halidsalz gleichförmig auf die poröse Schicht aufzutragen. Mit dem Ziel, effiziente Module herzustellen, wurde die monolithische Serienschaltung mittels Laserablation und Präzisionssiebdruck erreicht. Nach Optimierung der Prozessparameter konnte die Zieleffizienz von 13% auf 57.6 cm2 grossen Modulen erreicht werden. Schliesslich wurde ein Einkapselungsverfahren entwickelt und ein Feldtest mit einem Modul einer Fläche von 518 cm2 durchgeführt. Besonders hervorzuheben ist, dass die Fabrikation der Module in gewöhnlicher Luft ausgeführt wird, und dass die monolithische Verschaltung von Zellen zu einem Modul verlustfrei erfolgt. Das Projekt führte ausserdem zu mehreren Publikationen, zwei Patenten, zahlreiche Pressemitteilungen und der Gründung einer Start-up.

Schlussbericht (Englisch)

The scale-up of the carbon-based perovskite thin-film photovoltaic technology (CPSC) places high demands on the homogeneity of the photoactive layers over the entire module surface. The three-year development project includes the formulation of suitable inks as well as process parameters for slot-die coating and screen-printing of the porous multilayer structure on 12.5 x 25 cm surfaces. Furthermore, by means of inkjet printing, a process could be developed to apply the metal-organic halide salt uniformly onto the porous layer. With a view to producing efficient modules, monolithic series connection was achieved by laser ablation and precision screen printing. After optimising the process parameters, the target efficiency of 13% was achieved on modules with aperture area of 57.6 cm2. Finally, an encapsulation process was developed and a field test was carried out with a 518 cm2 aperture large module. Particularly noteworthy is that the fabrication of the modules is carried out in ordinary air, and that the monolithic interconnection of cells to form a module is loss-free. The project also led to several publications, two patents, numerous press releases and the launch of a start-up.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 2'840 kB
• Application fields [PDF] 2'207 kB
• Short report on toxicity of lead halide-based perovskite solar cells [PDF] 609 kB

Schlussbericht (Französisch)

La mise à l'échelle de la technologie photovoltaïque en couches minces à base de pérovskite (CPSC) exige une grande homogénéité des couches photoactives sur toute la surface du module. Le projet de développement de trois ans comprend tout d'abord la formulation d'encres appropriées et de paramètres de processus pour l'enduction par buse à fente et par sérigraphie de la structure multicouche poreuses sur des surfaces de 12.5 x 25 cm. En outre, un procédé d'impression à jet d'encre a été mis au point pour appliquer uniformément l'halogénure organométallique sur la couche poreuse. Dans le but de fabriquer des modules efficaces, la connexion en série monolithique a été réalisée par ablation laser et sérigraphie de précision. Après optimisation des paramètres du processus, l'efficacité cible de 13% a pu être atteinte sur des modules de 57,6 cm2 de surface utile. Enfin, un procédé d'encapsulation a été développé et un test sur le terrain a été réalisé avec un module d'une surface utile de 518 cm2. Il convient de souligner que la fabrication des modules est réalisée dans l'air ordinaire et que l'interconnexion monolithique des cellules en un module se fait sans perte. Le projet a en outre donné lieu à plusieurs publications, deux brevets, de nombreux communiqués de presse ainsi que la création d'une start-up.