HIPEROS – High-speed Fabrication of NIR-transparent Wide-bandgap Perovskite Solar Modules enabled by Slot-die Coating and Photonic Curing

• Research unit: SFOE
• Project number: SI/502549

Short description (German)

Im Nahinfrarot (NIR) -transparente Perowskit-Solarzellen mit breiter Bandlücke (1.65-1.8 eV) sind sehr vielversprechend für Tandemanwendungen. Die effizientesten Perowskit-Solarzellen mit grosser Bandlücke werden jedoch in erster Linie mittels Rotationsbeschichtung (engl. spin coating) und anschliessendem thermischem Ausglühen hergestellt, was sich kaum mit einer Produktion hohen Durchsatzes realisieren lässt. In diesem Projekt wollen wir diese Herausforderung durch die Entwicklung eines neuen Hochgeschwindigkeits-Herstellungsverfahrens meistern, das Schlitzdüsenbeschichtung (engl. slot-die coating) mit photonischen Aushärtungsmethoden kombiniert, um die Perowskit- und Ladungstransportschichten auf grösseren Flächen zu fabrizieren. Grundlegende Prozessbausteine wie die Formulierung der Tinte, das Trocknen und anschliessende Erhitzen der Schichten für eine optimale strukturelle und elektronische Qualität, erfordern grundlegende Untersuchungen und kombinatorische Lösungsansätze. Nach erfolgreicher Entwicklung können diese Verfahren für verschiedene Substrate angewandt werden und großflächige Perowskit-Einfachsolarzellen sowie leistungsstärkere, Perowskit-basierten Tandemsolarzellen, einschliesslich Perowskit-Silizium, Perowskit-CIGS und Perowskit-Perowskit, mit hohem Durchsatz und geringeren Kosten hergestellt werden. Dies stützt den verstärkten Einsatz von Photovoltaik für eine Vielzahl von Anwendungen, hilft den CO₂-Fußabdruck zu verringern und kann so zu den Netto-Null-Emissionszielen für eine nachhaltige Zukunft beitragen.

Short description (English)

Near-infrared-transparent wide-bandgap (1.65-1.8 eV) perovskite solar cells hold great promise for tandem application. However, the most efficient wide-bandgap perovskite solar cells are primarily fabricated by spin-coating followed by thermal annealing, which is difficult to scale up with high throughput. In this project, we aim to overcome this challenge by developing a new high-speed manufacturing process that combines slot-die coating and photonic curing methods to scale up the perovskite and charge transport layers. Basic building blocks of processes e.g. ink formulation, drying and subsequent heating for good structural and electronic quality layers and interfaces will require basic investigations and combinatorial optimization. Upon successful development these methods can be applicable on different substrates and high throughput low cost manufacturing of large-area perovskite single-junction and perovskite-based tandems, including perovskite-silicon, perovskite-CIGS, and perovskite-perovskite. Tandem devices yielding higher power and lower cost will support enhanced deployment of PV for variety of applications, consequently reducing the CO₂ footprint and thus contributing towards net zero emission targets for sustainable future.

Short description (French)

Les cellules solaires à pérovskite à large bande interdite (1,65-1,8 eV), presque infrarouges et transparentes, sont très prometteuses pour les applications en tandem. Cependant, les cellules solaires à pérovskite à large bande interdite les plus efficaces sont principalement fabriquées par revêtement par centrifugation suivi d'un recuit thermique, ce qui est difficile à mettre à l'échelle avec un débit élevé. Dans ce projet, nous voulons relever ce défi en développant un nouveau procédé de fabrication à grande vitesse qui combine le revêtement de matrices à fente et les méthodes de durcissement photonique pour mettre à l'échelle la pérovskite et les couches de transport de charge. Les éléments de base des processus, par exemple la formulation de l'encre, le séchage et le chauffage ultérieur pour obtenir des couches et des interfaces de bonne qualité structurelle et électronique, nécessiteront des recherches fondamentales et une optimisation combinatoire. Une fois développées avec succès, ces méthodes pourront être appliquées à différents substrats et à la fabrication à haut débit et à faible coût de dispositifs à jonction unique et de tandems à base de pérovskite de grande surface, y compris pérovskite-silicium, pérovskite-CIGS et pérovskite-perovskite. Les dispositifs en tandem, qui offrent une puissance plus élevée et un coût plus faible, favoriseront le déploiement de l'énergie photovoltaïque dans diverses applications, réduisant ainsi l'empreinte carbone et contribuant à la réalisation des objectifs d'émissions nettes nulles pour un avenir durable.