Dünnschichtsolarzelle aus amorphem Silizium

Dünnschichtsolarzelle aus amorphem Silizium – Beschichtungen für

Amorphe Silizium-Dünnschichtsolarzellen sind Solarzellen mit hervorragenden Umwelteigenschaften. Sie werden hergestellt, indem amorphes Silizium-Halbleitermaterial auf Glas, Spezialkunststoffen, Keramik, Edelstahl usw. als Substrat aufgebracht wird. 1976 entwickelten Carlson und Kollegen des RCA-Labors in den USA amorphes Silizium und stellten die erste amorphe Silizium-Dünnschichtsolarzelle vor, die weltweites Aufsehen erregte. Die Vorteile dieser Zellen liegen in ihrem geringen Gewicht, dem hohen Lichtabsorptionskoeffizienten, der hohen Leerlaufspannung, der guten Strahlungsbeständigkeit, der hohen Temperaturbeständigkeit, dem einfachen Herstellungsverfahren und den geringen Energieverbrauch. Sie lassen sich mit niedriger Abscheidungstemperatur und kurzer Abscheidungszeit auf beliebigen Substraten abscheiden und eignen sich daher für die Massenproduktion.

Obwohl amorphes Silizium ein gutes Batteriematerial ist, weist es dennoch einige Nachteile auf: (1) Die optische Bandlücke beträgt 1,7 eV, wodurch das Material gegenüber dem langwelligen Bereich des Sonnenspektrums unempfindlich ist und somit seine photoelektrische Umwandlungseffizienz begrenzt wird. (2) Die photoelektrische Umwandlungseffizienz nimmt mit zunehmender Beleuchtungsdauer ab – ein Effekt, der als lichtinduzierte Degradation (SW) bekannt ist und die Batterieleistung instabil macht. In den letzten Jahren konzentrierte sich die Forschung im In- und Ausland hauptsächlich auf die Verbesserung der photoelektrischen Umwandlungseffizienz und der lichtinduzierten Stabilität. Dabei wurden einige Verbesserungen erzielt: die Verwendung mehrerer pn-Übergangsschichten mit unterschiedlichen Bandlücken, die Reduzierung der Oberflächenreflexion und die Verwendung dünnerer i-Schichten. Durch diese Bemühungen konnte die lichtinduzierte Dämpfungsrate von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium von 30 % auf 15 % gesenkt und die photoelektrische Umwandlungseffizienz ebenfalls verbessert werden. Zu den Herstellungsverfahren für amorphe Silizium-Dünnschichtsolarzellen gehören das Rückwärts-Sputtern, die Niederdruck-CVD (LPCVD), die plasmaverstärkte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) und die Heißdraht-CVD (HWCVD).

Villar.F. von der Universität Barcelona, Spanien, nutzte das HWCVD-Verfahren zur Herstellung einer amorphen Silizium-Dünnschicht-Photovoltaikzelle mit einem Wirkungsgrad von 4,6 % bei einer Temperatur unter 150 °C. Mitsubishi Heavy Industries (MHI) aus Japan produzierte die weltweit größte hocheffiziente amorphe Silizium-Dünnschichtsolarzelle mit einer Fläche von 1,4 m × 1,1 m und einem Wirkungsgrad von 8 %. Derzeit liegt der photoelektrische Wirkungsgrad stabiler amorpher Silizium-Dünnschichtsolarzellen mit einem pn-Übergang bei bis zu 9,5 %. Die Forschung in meinem Land auf dem Gebiet der amorphen Silizium-Dünnschichtsolarzellen erreichte Mitte der 1980er Jahre ihren Höhepunkt, und es wurden einige Ergebnisse erzielt: Im Labormaßstab wurden Wirkungsgrade von amorphen Silizium-Dünnschichtsolarzellen mit einem pn-Übergang und einer Fläche von 1 cm × 1 cm bzw. 30 cm × 30 cm erreicht. Diese lagen bei 11,4 % bzw. 6,2 %. Im Jahr 2000 wurde die Forschung an Silizium-basierten Dünnschichtsolarzellen mit Schwerpunkt auf Doppelübergangs-Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium als nationales Schlüsselprojekt des Grundlagenforschungs- und Entwicklungsprogramms „973“ aufgeführt.

Angesichts der vielversprechenden Entwicklungsperspektiven von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium wird mein Land in Chongzhou, Provinz Sichuan, die größte Produktionsstätte für diese Solarzellen errichten. Nach Fertigstellung wird die jährliche Produktionskapazität voraussichtlich 30 MW erreichen. Gelingt es, die Probleme der mangelnden Stabilität und des niedrigen Wirkungsgrads von Dünnschichtsolarzellen aus amorphem Silizium zu lösen, wird diese Technologie in der zukünftigen Photovoltaikindustrie eine immer wichtigere Rolle spielen.

Die Ultraschall-Sprühtechnologie von Cheersonic ermöglicht die hocheffiziente und gleichmäßige Abscheidung von Dünnschichten für Photovoltaik-Bauelemente der nächsten Generation. Mit dem Übergang von Dünnschichtsolarzellen vom Labormaßstab zu kommerziellen Modulen benötigen Hersteller skalierbare, reproduzierbare und kostengünstige Beschichtungsverfahren. Die Ultraschall-Sprühbeschichtung schließt diese Lücke – sie ermöglicht die präzise Nassbeschichtung großer Substratflächen ohne die langsamen Vakuumzyklen von Sputtern oder CVD.

Das Ultraschallsprühverfahren ist eine bewährte Methode zur Abscheidung mehrerer Schichten in Dünnschichtsolarzellen, darunter transparente leitfähige Oxidschichten, Puffer-/organische Schichten, Antireflexionsbeschichtungen und insbesondere die kritische Perowskitschicht in Perowskit- und Tandemzellen.

Über Cheersonic

Cheersonic ist der führende Entwickler und Hersteller von Ultraschallbeschichtungssystemen zum Aufbringen präziser Dünnschichtbeschichtungen zum Schutz, zur Verstärkung oder zur Glättung von Oberflächen an Teilen und Komponenten für die Märkte Mikroelektronik/Elektronik, alternative Energien, Medizin und Industrie, einschließlich spezieller Glasanwendungen im Bauwesen und in der Automobilindustrie.

Unsere Beschichtungslösungen sind umweltfreundlich, effizient und äußerst zuverlässig und ermöglichen eine drastische Reduzierung von Sprühnebel, Einsparungen beim Rohstoff-, Wasser- und Energieverbrauch sowie eine verbesserte Prozesswiederholbarkeit, Übertragungseffizienz, hohe Gleichmäßigkeit und reduzierte Emissionen.

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