Leybold สนับสนุน ZSW ในโซลูชันการเคลือบผิวที่ซับซ้อนสําหรับเซลล์แสงอาทิตย์ใหม่ 16 กันยายน 2022

4 MIN READ

การปฏิวัติพลังงาน

เป้าหมายของการปฏิวัติพลังงานในเยอรมนีคือการครอบคลุมความต้องการพลังงานส่วนตัวและอุตสาหกรรมจากพลังงานหมุนเวียนภายในปี 2045 สถานการณ์ที่ตึงเครียดในยุโรปแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นประโยชน์ทั้งต่อสิ่งแวดล้อมและความพอเพียงของตัวเองของเศรษฐกิจสหภาพยุโรปโดยทั่วไป ดังนั้น ภารกิจก็คือการส่งเสริมการผลิตไฟฟ้าจากลม น้ํา และแสงอาทิตย์

หนึ่งในสถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานชั้นนําแห่งหนึ่งในยุโรปคือศูนย์วิจัยพลังงานแสงอาทิตย์และไฮโดรเจน (Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg [ZSW]) ที่ตั้งอยู่ในเมืองสตุทธ์การ์ท ZSW มุ่งมั่นที่จะบรรลุเป้าหมายนี้ในการจัดหาพลังงานจากพลังงานหมุนเวียน 100% ในเยอรมนีภายในปี 2045

หากถ่วงน้ําหนักพลังงานหมุนเวียนตามความพร้อมใช้งาน เทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์จะถือว่าเป็นหัวใจสําคัญ เพราะพลังแผ่รังสีของดวงอาทิตย์สามารถวางแผนได้ดีกว่าพลังลม ประโยชน์เพิ่มเติมก็คือ โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์สามารถนําไปใช้ในรูปแบบกระจายศูนย์ เช่น ห่างจากชายฝั่งในโรงไฟฟ้าลมนอกชายฝั่งหรือโรงไฟฟ้ากระชายน้ําทั่วประเทศเยอรมนี

นอกจากการขยายพื้นที่สําหรับสวนพลังงานแสงอาทิตย์ บนหลังคาบ้าน ฯลฯ แล้ว การเพิ่มประสิทธิภาพของเซลล์แสงอาทิตย์แต่ละเซลล์ก็เป็นสิ่งสําคัญเช่นกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ เพื่อดูดกลืนแสงจากแสงแดดที่เข้ามาได้มากขึ้น

ความท้าทาย: เซลล์แสงอาทิตย์ซิลิคอนแบบดั้งเดิมถึงขีดจํากัดสมรรถนะตามทฤษฎีที่ประสิทธิภาพ 29% (ขีดจํากัด Shockley-Queisser) ซึ่งหมายความว่าพลังงานแสงที่เข้ามาสูงสุด 29% สามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้

การทํางานร่วมกันเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย:

ZSW พัฒนาเซลล์แสงอาทิตย์แบบ Tandem ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ Leybold มั่นใจได้ถึงเทคโนโลยีที่ช่วยให้สามารถเคลือบผิวได้

ขีดจํากัดตามธรรมชาติของซิลิคอนนี้สามารถเอาชนะได้ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่

ในการทดสอบที่น่าสนใจที่ดําเนินการโดยนักวิจัยที่ CSEM และ EPFL ประสิทธิภาพเกือบ 31.25% สามารถทําได้ด้วยเซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่ เซลล์แสงอาทิตย์แบบ Tandem มีคุณสมบัติที่โดดเด่นด้วยการใช้วัสดุดูดซับสองชนิดที่มีช่องว่างแถบที่แตกต่างกัน ซึ่งดูดซับช่วงสเปกตรัมที่แตกต่างกันของสเปกตรัมแสงอาทิตย์และใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งนําไปสู่การลดค่าใช้จ่ายลงอย่างมากสําหรับแต่ละกิโลวัตต์ชั่วโมงที่ผลิต นอกจากนี้ โปรดทราบว่าโดยทั่วไปจะใช้สารอินทรีย์เมทัลลิกฮาไลด์ เช่น เมธิลแอมโมเนียมไอโอไดด์

อย่างไรก็ตาม ณ จุดนี้ ZSW ถึงขีดจํากัดด้วยอุปกรณ์ทางเทคนิคของตนเอง เพราะการทํางานกับเปอโรเวสไซต์สามารถนําไปสู่ปฏิกิริยาเคมีที่ไม่พึงประสงค์อย่างรวดเร็ว เช่น การไหม้จากสารเคมี ด้วยเหตุนี้ เราจึงมองหาพันธมิตรจากอุตสาหกรรมที่สามารถแสดงประสบการณ์หลายปีในการก่อสร้างโรงงานและความเชี่ยวชาญด้านสุญญากาศ

นี่คือจุดเริ่มต้นของความร่วมมือระหว่าง ZSW และ Leybold ZSW เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีพลังงานแสงอาทิตย์ และ Leybold เป็นผู้เชี่ยวชาญด้านการเคลือบฟิล์มบางสุญญากาศระดับสูง และระบบทั้งหมดติดตั้งส่วนประกอบสุญญากาศที่พัฒนาขึ้นภายในบริษัท

เป้าหมายของการทํางานร่วมกันนี้คือการสร้างการตั้งค่าสุญญากาศทดลองเพื่อให้ทดสอบสมมติฐานเกี่ยวกับโหมดการทํางานของเซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่ได้อย่างรวดเร็วที่สุด เพื่อวัตถุประสงค์นี้ จึงมีการสร้างและติดตั้งห้องกระบวนการสี่ห้องด้วยวิธีการเคลือบผิวที่แตกต่างกัน นี่เป็นความท้าทายที่น่าตื่นเต้น เนื่องจากระบบส่วนใหญ่ในวิศวกรรมโรงงานจําเป็นต้องใช้ห้องกระบวนการเดียวเท่านั้น

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

สายการทดลองที่ทํางานได้อย่างเต็มรูปแบบในสุญญากาศ: Leybold UNIVEX C 900

ซีรี่ส์ UNIVEX ประกอบด้วยระบบเคลือบอเนกประสงค์สําหรับการผลิตการเคลือบ PVD ที่ใช้งานได้จริง คุณสมบัติต่างๆ เช่น การออกแบบแบบแยกส่วน ขนาดห้องอบที่แตกต่างกัน และอุปกรณ์เสริมมากมายทําให้ระบบเคลือบมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา Leybold ได้ติดตั้งระบบที่มีเอกลักษณ์เหล่านี้มากกว่า 800 รายการทั่วโลก

ขอบเขตการทํางานที่จําเป็นสําหรับงานนี้มีให้โดย Leybold UNIVEX C 900 ซึ่งได้รับการปรับแต่งให้ตรงกับความต้องการของ ZSW

โดยทั่วไปแล้ว สามารถใช้ระบบได้สองวิธีที่สําคัญกว่า:

การตั้งค่าสําหรับการทดลองและการวิจัยที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อความยืดหยุ่น เพื่อให้สามารถแสดงสถานการณ์ทดสอบได้มากที่สุด
ระบบสําหรับการผลิตที่เคลือบสารตั้งต้นจํานวนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในลักษณะที่ให้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

คุณสมบัติพิเศษของ UNIVEX C 900 ที่ติดตั้งที่ ZSW คือความยืดหยุ่นเนื่องจากช่องกระบวนการที่จัดเรียงแบบโมดูล

สามารถดําเนินการเคลือบผิวดังต่อไปนี้ในสี่ห้อง:

ห้องกระบวนการ 1: ห้องสปัตเตอร์ - แหล่งสปัตเตอร์ 3 แหล่งจะเคลือบพื้นผิว
ห้องกระบวนการ 2: ห้องระเหยความร้อนอินทรีย์
ห้องกระบวนการ 3: ห้องระเหยลําแสงอิเล็กตรอน - สามารถจัดการกับวัสดุที่หลอมเหลวที่อุณหภูมิสูงมาก เหมาะอย่างยิ่งสําหรับการใช้งานที่ประหยัดวัสดุ เช่น เนื่องจากวัสดุที่ใช้มีราคาแพง
ห้องกระบวนการ 4: ห้องนี้มีความสําคัญเป็นพิเศษสําหรับเซลล์แสงอาทิตย์แบบคู่ เนื่องจากเป็นห้องที่มีการระเหยของเปอโรวิสคิต เนื่องจากอาจกัดกร่อนวัสดุอื่นๆ และมนุษย์ได้ ดังนั้นจึงมุ่งเน้นที่ความปลอดภัยของผู้ปฏิบัติงาน

ด้วยเหตุผลด้านความปลอดภัย การประหยัดเวลา และการปกป้องวัสดุจากน้ํา (ซึ่งมีอยู่ในอากาศแวดล้อม) ระบบจึงสามารถทํางานได้อย่างสมบูรณ์ในสุญญากาศด้วยช่องเพิ่มเติมสองช่อง:

ห้องถ่ายโอนที่มีแขนหุ่นยนต์แบบยืดหดได้ ห้องนี้ตั้งอยู่ที่หัวใจของระบบทั้งหมดระหว่างห้องกระบวนการ: บทบาทของมันคือการเคลื่อนย้ายซับสเตรตผ่านระบบด้วยความแม่นยําระดับมิลลิเมตร
แม็กกาซีน: พื้นที่จัดเก็บวัสดุรองรับ ที่นี่ หุ่นยนต์จะรับการเติมเมื่อเนื้อวัสดุก่อนหน้าได้รับการแปรรูปในที่สุด

การปฏิวัติพลังงานจะประสบความสําเร็จได้ก็ต่อเมื่อผู้เชี่ยวชาญทํางานร่วมกันในทุกอุตสาหกรรม

การระเหยของเซลล์แสงอาทิตย์เปอโรวิสคิตเป็นการใช้งานที่สําคัญสําหรับเทคโนโลยีในอนาคตและพลังงานหมุนเวียน นอกเหนือจากการพัฒนากระบวนการเฉพาะเหล่านี้ต่อไปแล้ว ยังมีการคาดการณ์ถึงความร่วมมือระยะยาวระหว่าง ZSW และ Leybold ซึ่งจะร่วมมือกับทีมต่างๆ จากสถาบันนี้และสถาบันอื่นๆ เป็นประจําเพื่อร่วมมือกับโครงการใหม่ๆ

เมื่อตั้งค่าแล้ว UNIVEX C 900 จะช่วยให้สามารถควบคุมกระบวนการได้โดยอัตโนมัติเต็มรูปแบบด้วยผลลัพธ์ที่ทําซ้ําได้สูง เรามั่นใจว่า ZSW จะใช้ระบบ UNIVEX เพื่อเพิ่มความรู้ผ่านความหนาแน่นในการทดลองสูง และเราร่วมกันมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนผ่านพลังงานที่ประสบความสําเร็จ

เราหวังเป็นอย่างยิ่งว่า ZSW และสถาบันวิจัยอื่นๆ อีกมากมายจะสนับสนุนการเปลี่ยนแปลงพลังงานของโลก เราเชื่อมั่นอย่างยิ่งว่าเราสามารถจัดการกับการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงนี้ได้ด้วยการทํางานร่วมกันเท่านั้น