Leybold, yeni güneş hücreleri için karmaşık kaplama çözümlerinde ZSW'yi destekler. 16 Eylül 2022

4 MIN READ

Enerji devrimini mümkün kılmak

Almanya'daki enerji devriminin hedefi, 2045 yılına kadar yenilenebilir enerjilerden özel ve endüstriyel enerji talebini karşılamaktır. Avrupa'daki gergin durum, bunun hem çevre hem de genel olarak Avrupa Birliği ekonomisinin kendi kendine yetmesi için faydalı olduğunu göstermektedir. Görev bu nedenle rüzgar, su ve güneşten elektrik üretimini teşvik etmektir.

Stuttgart merkezli Güneş Enerjisi ve Hidrojen Araştırma Merkezi (Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg [ZSW]), Avrupa'nın önde gelen enerji araştırma ve geliştirme enstitülerinden biridir. ZSW, 2045 yılına kadar Almanya'da %100 yenilenebilir enerji kaynağına ulaşma hedefine odaklanıyor.

Yenilenebilir enerjilerin kullanılabilirliğine göre ağırlıklandırılması durumunda güneş enerjisi teknolojisi temel olarak kabul edilir. Çünkü güneşin ışınım gücü, rüzgarın gücünden daha iyi planlanabilir. Güneş enerjisi santrallerinin merkezi olmayan bir şekilde, yani Almanya genelinde açık deniz rüzgar santrallerinde veya gelgit santrallerinde kıyıdan uzakta kurulabilmesi ek bir avantajdır.

Güneş enerjisi parkları, ev çatıları vb. için alanların genişletilmesinin yanı sıra her bir güneş hücresinin verimliliğini artırmak da önemlidir. Başka bir deyişle, gelen güneş ışığından daha fazla ışığı absorbe etmek.

Zorluk: Geleneksel bir silikon güneş hücresi, teorik performans sınırına %29'luk bir verimlilikle ulaşır (Shockley-Queisser limiti). Yani yansıyan ışık enerjisinin maksimum %29'u elektrik enerjisine dönüştürülebilir.

Hedefe ulaşmak için birlikte çalışmak:

ZSW yenilikçi tandem güneş hücresi geliştiriyor, Leybold kaplama için temel teknolojiyi sağlıyor

Bu doğal silikon sınırı, tandem bir güneş hücresi ile aşılabilir.

CSEM ve EPFL araştırmacıları tarafından gerçekleştirilen umut verici testlerde, tandem güneş hücresi ile neredeyse %31,25 verimlilik elde edilebilir. Tandem güneş hücreleri, güneş spektrumunun farklı spektral aralıklarını absorbe eden ve böylece daha verimli bir şekilde kullanan farklı bant boşluklarına sahip iki emici malzemeden oluşur. Bu da üretilen her KWh başına maliyette önemli bir azalmaya yol açar. Ayrıca, metil amonyum iyot gibi organometalik halojenürlerin tipik olarak kullanıldığını da unutmayın.

Ancak bu noktada ZSW kendi teknik ekipmanlarıyla sınırlarına ulaştı, çünkü perovskit ile çalışmak hızlı bir şekilde kimyasal yanıklar gibi istenmeyen kimyasal reaksiyonlara yol açabilir. Bu nedenle, tesis inşaatı ve vakum uzmanlığı konusunda yıllara dayanan deneyimini gösterebilen bir endüstri ortağı arandı.

ZSW ve Leybold arasındaki işbirliği bu şekilde başladı. ZSW güneş enerjisi teknolojisinde uzmandır ve Leybold yüksek vakumlu ince film kaplamalarında uzmandır ve tüm sistemler şirket içinde geliştirilen vakum bileşenleriyle donatılmıştır.

Bu işbirliğinin amacı: tandem güneş hücresinin çalışma şeklini çevreleyen hipotezlerin mümkün olduğunca hızlı bir şekilde test edilebilmesi için deneysel bir vakum düzeneği oluşturmak. Bu amaçla, farklı kaplama yöntemlerine sahip dört proses haznesi inşa edilmiş ve kurulmuştur. Tesis mühendisliğindeki çoğu sistem sadece bir proses haznesi gerektirdiğinden bu heyecan verici bir zorluktu.

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

Vakumda tam işlevsel deneysel hat: Leybold UNIVEX C 900

UNIVEX serisi, işlevsel PVD kaplamaların üretimi için çok amaçlı kaplama sistemlerini kapsar. Modüler tasarım, değişken hazne boyutları ve çok sayıda aksesuar gibi özellikler kaplama sistemlerini daha esnek hale getirir. Leybold, son 50 yılda dünya çapında 800'den fazla benzersiz sistem kurdu.

Bu görev için gerekli işlevsel kapsam, ZSW'nin ihtiyaçlarına uyacak şekilde özelleştirilmiş Leybold UNIVEX C 900 tarafından sağlanmaktadır.

Genel olarak sistemlerin iki önemli kullanımı türetilebilir:

Mümkün olduğunca çok sayıda test senaryosunu temsil edebilmeleri için esneklik açısından optimize edilmiş deney ve araştırma kurulumları,
Mümkün olduğunca çok sayıda substratı performans optimizasyonlu bir şekilde kaplayan üretim sistemleri.

ZSW'de kurulan UNIVEX C 900'ün özelliği, modüler olarak düzenlenmiş proses hazneleri sayesinde esnekliğidir.

Dört bölmede aşağıdaki kaplama yöntemleri uygulanabilir:

Proses bölmesi 1: Püskürtme bölmesi - 3 püskürtme kaynağı kaplamayı substrat üzerine uygular.
Proses odası 2: Termal organik buharlaşma odası.
Proses odası 3: Elektron ışını buharlaştırıcı odası - çok yüksek sıcaklıklarda eriyen malzemelerle başa çıkabilir. Malzeme tasarrufu sağlayan uygulamalar için idealdir, çünkü örneğin uygulanacak malzeme pahalıdır.
Proses odası 4: Bu oda, perovskitlerin buharlaştığı oda olduğundan tandem güneş hücresi için özellikle önemlidir. Diğer malzemelere ve insanlara karşı agresif olabileceğinden, operatör güvenliğine odaklanır.

Güvenlik, zaman tasarrufu ve malzemeleri sudan (ortam havasında bulunan) korumak amacıyla, sistem iki ek hazne sayesinde tamamen vakum altında çalıştırılabilir:

Teleskopik robot kollu transfer haznesi. Bu hazne, proses hazneleri arasında tüm sistemin kalbinde yer alır: görevleri, substratları sistem boyunca milimetre hassasiyetinde hareket ettirmektir.
Bir magazin: substratların saklanabileceği depolama alanı. Burada robotik, önceki substrat nihayet işlendiğinde ikmali alır.

Enerji devrimi ancak sektörler arası uzmanlar birlikte çalıştığında başarılı olabilir

Perovskit güneş hücrelerinin buharlaştırılması, gelecekteki teknolojiler ve yenilenebilir enerjiler için önemli bir uygulamadır. Bu özel süreçlerin daha da geliştirilmesine ek olarak, ZSW ve Leybold arasında yeni projelerde işbirliği yapmak için bu ve diğer enstitülerden çeşitli ekiplerle düzenli olarak güçlerini birleştiren uzun vadeli bir ortaklık düşünülmektedir.

Kurulduktan sonra UNIVEX C 900, ileri düzeyde tekrarlanabilir sonuçlarla tam otomatik proses kontrolüne olanak tanır. ZSW'nin yüksek deney yoğunluğuyla bilgiyi artırmak için UNIVEX sistemini kullanacağından ve birlikte başarılı bir enerji geçişine katkıda bulunacağımızdan eminiz.

ZSW'nin ve diğer birçok araştırma enstitüsünün dünyadaki enerji geçişini desteklemesini bekliyoruz. Bu radikal dönüşümün yalnızca birlikte çalışarak üstesinden gelebileceğimize inanıyoruz.