Leybold mendukung ZSW dalam solusi pelapisan kompleks untuk sel surya baru. 16 September 2022

4 MIN READ

Memungkinkan revolusi energi

Tujuan revolusi energi di Jerman adalah untuk memenuhi permintaan energi swasta dan industri dari energi terbarukan pada tahun 2045. Situasi yang tegang di Eropa menunjukkan bahwa hal ini bermanfaat bagi lingkungan dan kemandirian seluruh ekonomi Uni Eropa secara umum. Oleh karena itu, tugasnya adalah mempromosikan pembangkitan listrik dari angin, air, dan matahari.

Salah satu lembaga penelitian dan pengembangan energi terkemuka di Eropa adalah Pusat Penelitian Energi Matahari dan Hidrogen (Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg [ZSW]) yang berbasis di Stuttgart. ZSW berdedikasi untuk tujuan ini yakni mencapai pasokan energi 100% dari energi terbarukan di Jerman pada tahun 2045.

Jika energi terbarukan ditimbang berdasarkan ketersediaannya, teknologi surya dianggap sebagai inti. Hanya karena daya radiasi matahari dapat direncanakan lebih baik daripada daya angin. Manfaat tambahannya adalah pembangkit listrik tenaga surya dapat diterapkan secara terdesentralisasi, yaitu, jauh dari pantai di ladang angin lepas pantai atau pembangkit listrik tenaga pasang surya di seluruh Jerman.

Selain memperluas area untuk taman surya, di atap rumah, dll., penting juga untuk meningkatkan efisiensi setiap sel surya. Dengan kata lain, untuk menyerap lebih banyak cahaya dari sinar matahari yang masuk.

Tantangan: Sel surya silikon konvensional mencapai batas kinerja teoritisnya pada efisiensi 29% (Batas Shockley-Queisser). Artinya, maksimal 29% energi cahaya yang masuk dapat dikonversi menjadi listrik.

Bekerja sama untuk mencapai tujuan:

ZSW mengembangkan sel surya tandem inovatif, Leybold memastikan teknologi yang memungkinkan untuk pelapisan

Batas alami silikon ini dapat diatasi dengan sel surya tandem.

Dalam pengujian yang menjanjikan yang dilakukan oleh para peneliti di CSEM dan EPFL, efisiensi hampir 31,25 % dapat dicapai dengan sel surya tandem. Sel surya tandem dicirikan oleh fakta bahwa mereka menggunakan dua bahan penyerap dengan celah pita yang berbeda yang menyerap berbagai kisaran spektrum spektrum surya dan dengan demikian menggunakannya dengan cara yang lebih efisien. Hal ini mengarah pada pengurangan biaya yang signifikan untuk setiap KWh yang dihasilkan. Perhatikan juga bahwa halida organologam, seperti metilammonium iodida biasanya digunakan.

Namun, pada titik ini, ZSW mencapai batasnya dengan peralatan teknisnya sendiri karena bekerja dengan perovskite dapat dengan cepat menyebabkan reaksi kimia yang tidak diinginkan seperti luka bakar kimia. Untuk alasan ini, mitra dari industri yang dapat menunjukkan pengalaman bertahun-tahun dalam konstruksi pabrik dan keahlian vakum dicari.

Begitulah kerja sama antara ZSW dan Leybold dimulai. ZSW adalah ahli dalam teknologi surya dan Leybold adalah ahli dalam pelapisan lapisan tipis vakum tinggi dan semua sistem dilengkapi dengan komponen vakum yang dikembangkan sendiri.

Tujuan kolaborasi ini: menciptakan pengaturan vakum eksperimental sehingga hipotesis seputar cara kerja sel surya tandem dapat diuji secepat mungkin. Untuk tujuan ini, empat ruang proses dengan metode pelapisan yang berbeda telah dibangun dan dipasang. Ini adalah tantangan menarik karena sebagian besar sistem dalam rekayasa pabrik hanya memerlukan satu ruang proses.

Leybold supports the ZSW in complex coating solutions for novel solar cells

Lini eksperimen yang berfungsi penuh dalam vakum: Leybold UNIVEX C 900

Seri UNIVEX terdiri dari sistem lapisan multifungsi untuk produksi lapisan PVD fungsional. Fitur seperti desain modular, ukuran ruang yang bervariasi, dan berbagai aksesori membuat sistem pelapisan lebih fleksibel. Selama 50 tahun terakhir, Leybold telah memasang lebih dari 800 sistem unik ini di seluruh dunia.

Cakupan fungsional yang diperlukan untuk tugas ini disediakan oleh Leybold UNIVEX C 900, yang telah disesuaikan untuk memenuhi kebutuhan ZSW.

Secara umum, ada dua penggunaan utama dari sistem:

Pengaturan untuk eksperimen dan penelitian yang dioptimalkan untuk fleksibilitas, sehingga dapat mewakili sebanyak mungkin skenario pengujian,
Sistem untuk produksi yang melapisi sebanyak mungkin substrat dengan cara yang dioptimalkan.

Fitur khusus dari UNIVEX C 900 yang dipasang di ZSW adalah fleksibilitasnya karena ruang proses yang disusun secara modular.

Metode pelapisan berikut dapat dilakukan di empat ruang:

Ruang proses 1: Ruang sputtering - 3 sumber sputter menerapkan lapisan ke substrat.
Ruang proses 2: Ruang evaporasi termal organik.
Ruang proses 3: Ruang evaporator sinar elektron - mampu menangani peleburan bahan pada suhu yang sangat tinggi. Produk ini sangat cocok untuk aplikasi yang hemat bahan, misalnya karena bahan yang akan digunakan mahal.
Ruang proses 4: Ruang ini sangat penting untuk sel surya tandem karena merupakan ruang di mana perovskit menguap. Karena perovskit dapat bersifat agresif terhadap bahan lain dan manusia, fokusnya adalah pada keselamatan operator.

Untuk alasan keselamatan, penghematan waktu, serta melindungi bahan dari air (yang ada di udara sekitar), sistem dapat dioperasikan sepenuhnya dalam vakum berkat dua ruang tambahan:

Ruang transfer dengan lengan robot teleskopik. Ruang ini terletak di jantung keseluruhan sistem di antara ruang proses: perannya adalah untuk memindahkan substrat melalui sistem dengan presisi milimeter.
Magazin: area penyimpanan tempat substrat dapat disimpan. Di sini robotik mengambil pengisian ulang ketika substrat sebelumnya telah diproses.

Revolusi energi hanya bisa berhasil jika para ahli bekerja sama di seluruh industri

Penguapan sel surya perovskit adalah aplikasi utama untuk teknologi masa depan dan energi terbarukan. Selain pengembangan lebih lanjut dari proses spesifik ini, kemitraan jangka panjang dirancang antara ZSW dan Leybold, yang secara teratur bergabung dengan berbagai tim dari lembaga ini dan lembaga lain untuk berkolaborasi pada proyek baru.

Setelah disiapkan, UNIVEX C 900 memungkinkan kontrol proses yang sepenuhnya otomatis dengan hasil yang sangat dapat direproduksi. Kami yakin bahwa ZSW akan menggunakan sistem UNIVEX untuk meningkatkan pengetahuan melalui kepadatan eksperimen yang tinggi dan bahwa bersama-sama kami berkontribusi pada keberhasilan transisi energi.

Kami menantikan ZSW dan banyak lembaga riset lainnya untuk mendukung transisi energi dunia. Kami sangat yakin bahwa kami hanya dapat menguasai transformasi radikal ini dengan bekerja sama.