Das Projektvorhaben 'SaPerloT' soll drei aussichtsreiche Verfahren für die industrielle Abscheidung von Perowskitschichten auf Silicium-Unterzellen für Silicium-Perowskit Tandemsolarzellen auf ein vorindustrielles Niveau entwickeln. Das Potential von Silicium-Perowskit Tandemsolarzellen konnte jüngst vom Fraunhofer ISE erneut eindrücklich unter Beweis gestellt werden. So wurde gemeinsam mit Oxford PV ein PV-Modul mit einem Wirkungsgrad von 25 % und einer Leistung von 421 Watt demonstriert. In SaPerloT wird für die Applikation des Perowskit-Absorbers ein kombinierter Abscheideansatz bestehend aus Aufdampfen und nasschemischer Aufbringung verfolgt ('Hybridansatz') erarbeitet. In diesem Teilprojekt erfolgt die Abscheidung ausschließlich mit Inkjet, an Stelle von Sprühen und Schlitzdüse. Die Vorteile von Inkjet sind die gerichtete Abscheidung von Dünnfilmen auf jeglicher Drucksubstratform (auch auf pseudoquadratischen PV-Silciumsubstraten) bei höchster Ressourceneffizienz. So wie der industrielle Reifegrad des Verfahrens in der Silicium-Photovoltaik. So wurde das Verfahren bereits erfolgreich für die Integration von selektiven Emittern eingesetzt
Im Projekt Re-PV schließen sich führende Anlagenhersteller aus Deutschland und das Fraunhofer ISE zusammen, um industrielle Fertigungstechnologien für Solarzellen mit Tunneloxid-passivierenden Kontakten (Tunnel Oxide Passivating Contact, TOPCon) bereitzustellen und die Zellstruktur weiterzuentwickeln. Ziel ist es, die TOPCon Technologie für die Re-Etablierung der PV-Produktion im europäischen Raum mit der benötigten technologischen Reife verfügbar zu machen und die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Anlagenbauer zu stärken, so dass diese am erwarteten starken Aufbau von auf TOPCon basierenden Produktionskapazitäten partizipieren können. Die Anlagenhersteller entwickeln im Rahmen des Projektes kostengünstige Hochdurchsatz-Maschinen und optimierte Einzelprozesse. Hierbei stehen die in-situ Herstellung des Tunneloxids sowie einseitige Abscheidung und in-situ Dotierung der Silicium-Schicht im Vordergrund. Weitere wichtige Technologiefelder des Projektes sind nasschemische Reinigungs- und Ätzprozesse und die Metallisierung der TOPCon Solarzelle und die Zellteilung und Kanten-Passivierung. Am Fraunhofer ISE soll ein Basisprozess zur Herstellung von industriellen TOPCon Solarzellen auf großen Waferformaten (M10 oder G12) mit Spitzenwirkungsgraden bis 25% aufgebaut werden. Dieser Basisprozess soll eine hohe Technologiereife aufweisen, geeignet für den unmittelbaren Transfer in eine Produktionsumgebung. Darüber hinaus unterstützt das Fraunhofer ISE die Arbeiten bei den Anlagenherstellern durch die Bereitstellung teilprozessierter Solarzellen sowie Charakterisierung von Prozessergebnissen. Die Entwicklungen bei den Anlagenherstellern und am Fraunhofer ISE werden von detaillierten Techno-Ökonomischen Bewertungen und Ökobilanzierungen begleitet. Ziel der Verwertung ist der Technologietransfer zu europäischen Produktionsstandorten, ein potenzieller Anwender ist bereits als assoziierter Partner im Konsortium vertreten.
Membranverfahren für die Gasseparation haben das Potenzial eine Schlüsselrolle in einer zukünftigen Industriegesellschaft einzunehmen, die sich durch CO2-Emissionsvermeidung und -Kreislaufführung, der Verwendung von H2 sowie der Sektorenkopplung auszeichnet. Das Vorhaben MemKoWI adressiert dies durch die Erforschung von mehrstufigen Membranverfahren für die Abtrennung von CO2 aus: Rauchgas von Gichtgaskraftwerken der Stahlindustrie, Hochofengas der Stahlindustrie, Rauchgas von Frischholzkraftwerken, Abgasen der Zementindustrie und die Abtrennung von H2 aus Prozessgasen der Stahlindustrie. Hierbei sollen sowohl die modifizierte Anlage aus den Vorgängerprojekten zum Einsatz kommen als auch neue, modulare Membrananlagen konzipiert, gebaut und betrieben werden. Die darin verwendeten Membran- und Modultechnologien sollen weiter erforscht und ihre dauerstabile Eignung für die geschilderten Anwendungen soll nachgewiesen werden. Hierbei werden Polymer- und Keramikmembranen betrachtet und in Module integriert. Das Mehrstoffpermationsverhalten der Membranen wird experimentell untersucht werden und die Basis für die Modellierung des Trennverhaltens bilden. Diese wird zusammen mit der Beschreibung der Strömungsführung in Simulationstools für Membranmodule einfließen, welche wiederum in Prozesssimulationswerkzeuge integriert werden. Simulationen werden für die Auslegung der Anlagen, die Auswertung von Versuchsergebnissen, die Entwicklung von Verfahrensalternativen, die Übertragung auf andere Anwendungen und die Abschätzung der Wirtschaftlichkeit verwendet. Die Fernüberwachung der Anlagen wird es ermöglichen, experimentelle Daten fortlaufend mit Simulationsergebnissen abzugleichen und Regelungs- und Automatisierungsaspekte zu adressieren. Ziel des Vorhabens ist es, Membranverfahren als skalierbare, bedarfsgerecht einsetzbare und einfach zu integrierende Technologie für die CO2- und H2-Abtrennung in einer sich der CO2-Neutralität annähernden Industriegesellschaft zu etablieren.
Vor dem Hintergrund der Skalierung der Perowskit-Schichtabscheidung für langzeitstabile große in Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen befasst sich das Teilprojekt mit der Entwicklung der Tinten für den hybriden Herstellungsprozess des Perowskit-Absorbers. Die in diesem Teilprojekt zu entwickelnden Tinten, sollen mit den verschiedenen Depositionsmethoden, wie Ink-Jet, Spin-Coating, Tauchbeschichtung oder Schlitzdüse aufgebracht werden. Hierbei werden für jede Depositionsmethode spezifische Eigenschaften gefordert. Deshalb wird es notwendig werden, die Zusammensetzung für jede Methode so zu optimieren, dass die späteren elektronischen Eigenschaften des Perowskit-Kristalls hohe Solarzellenwirkungsgrade erlauben.
Das wissenschaftliche und technische Arbeitsziel des Projekts LiverPool ist die Entwicklung von skalierbaren Prozessen zur Abscheidung von Perowskiten und Kontaktmaterialien mittels Vakuumtechnologie für Perowskit-Silicium Tandemsolarzellen. Hierzu sollen folgende Teilziele erreicht werden: - Beschaffung und Aufbau eines Linearverdampfersystems zur Abscheidung von Perowskit-Materialien und von Kontaktschichten für Tandemsolarzellen auf texturiertem Silicium mit einem Durchsatz von mehreren M12-Wafern pro Stunde. Die Anlage soll so ausgestattet werden, dass der Perowskitabsorber sowohl mittels der Vollaufdampf-Route (organische und anorganische Komponenten des Perowskitabsorbers werden vollständig aufgedampft) als auch mit der Hybrid-Route (anorganische Komponenten werden aufgedampft und die organischen Materialien danach mit nasschemischen Methoden aufgebracht) hergestellt werden kann. - Entwicklung von Aufdampfprozessen für die Hybrid-Route und Transfer dieser Prozesse auf das Linearverdampfersystem und Herstellung von Perowskit Silicium Tandemsolarzellen auf M12 Silicium Wafern.