Leybold hỗ trợ ZSW trong các giải pháp phủ phức tạp cho pin mặt trời mới. Ngày 16 tháng 9 năm 2022
4 MIN READ
Tạo điều kiện cho cuộc cách mạng năng lượng
Mục tiêu của cuộc cách mạng năng lượng ở Đức là đáp ứng nhu cầu năng lượng tư nhân và công nghiệp từ năng lượng tái tạo vào năm 2045. Tình hình căng thẳng ở Châu Âu cho thấy điều này có lợi cho cả môi trường và sự tự cung cấp của toàn bộ nền kinh tế Liên minh Châu Âu nói chung. Do đó, nhiệm vụ là thúc đẩy phát điện từ gió, nước và mặt trời.
Một trong những viện nghiên cứu và phát triển năng lượng hàng đầu ở châu Âu là Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Mặt trời và Hydro (Zentrum für Sonnenenergie - und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg [ZSW]) có trụ sở tại Stuttgart. ZSW dành riêng cho mục tiêu này là đạt được nguồn cung cấp năng lượng 100% từ năng lượng tái tạo ở Đức vào năm 2045.
Nếu năng lượng tái tạo được đánh giá theo tính khả dụng, công nghệ năng lượng mặt trời được xem là cốt lõi. Đơn giản vì năng lượng bức xạ của mặt trời có thể được lên kế hoạch tốt hơn năng lượng gió. Một lợi ích bổ sung là các nhà máy điện mặt trời có thể được triển khai theo cách phi tập trung, tức là cách xa bờ biển trong các trang trại điện gió ngoài khơi hoặc các nhà máy điện thủy triều trên khắp nước Đức.
Ngoài việc mở rộng khu vực cho các công viên năng lượng mặt trời, trên mái nhà, v.v., việc tăng hiệu quả của từng pin mặt trời cũng rất quan trọng. Nói cách khác, để hấp thụ nhiều ánh sáng hơn từ ánh sáng mặt trời chiếu vào.
Thách thức: Một pin mặt trời silicon thông thường đạt đến giới hạn hiệu suất lý thuyết với hiệu suất 29% (Giới hạn Shockley-Queisser). Điều này có nghĩa là tối đa 29% năng lượng ánh sáng đi vào có thể được chuyển đổi thành điện.
Làm việc cùng nhau để đạt được mục tiêu:
ZSW phát triển pin mặt trời song song sáng tạo, Leybold đảm bảo công nghệ cho phép phủ
Giới hạn tự nhiên này của silicon có thể được vượt qua bằng pin mặt trời song song.
Trong các thử nghiệm đầy hứa hẹn được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu tại CSEM và EPFL, hiệu quả gần 31,25% có thể đạt được với pin mặt trời song song. Pin mặt trời song song được đặc trưng bởi thực tế là chúng sử dụng hai vật liệu hấp thụ với khoảng cách băng khác nhau hấp thụ các phạm vi quang phổ khác nhau của quang phổ mặt trời và do đó sử dụng nó một cách hiệu quả hơn. Điều này dẫn đến việc giảm đáng kể chi phí cho mỗi KWh sản xuất. Cũng lưu ý rằng các halogen hữu cơ kim loại, như methylammonium iodide, thường được sử dụng.
Tuy nhiên, tại thời điểm này, ZSW đã đạt đến giới hạn với thiết bị kỹ thuật của riêng mình vì làm việc với perovskite có thể nhanh chóng dẫn đến các phản ứng hóa học không mong muốn như bỏng hóa chất. Vì lý do này, họ đã tìm kiếm một đối tác từ ngành có thể chứng minh nhiều năm kinh nghiệm trong việc xây dựng nhà máy và chuyên môn về chân không.
Đây là cách hợp tác giữa ZSW và Leybold bắt đầu. ZSW là chuyên gia về công nghệ năng lượng mặt trời và Leybold là chuyên gia về lớp phủ màng mỏng chân không cao và tất cả các hệ thống đều được trang bị các thành phần chân không được phát triển nội bộ.
Mục tiêu của sự hợp tác này: tạo ra một thiết lập chân không thử nghiệm để các giả thuyết xung quanh chế độ hoạt động của pin mặt trời song song có thể được kiểm tra càng nhanh càng tốt. Vì mục đích này, bốn buồng xử lý với các phương pháp phủ khác nhau đã được xây dựng và lắp đặt. Đây là một thách thức thú vị vì hầu hết các hệ thống trong kỹ thuật nhà máy chỉ yêu cầu một buồng xử lý.
Dây chuyền thử nghiệm đầy đủ chức năng trong chân không: Leybold UNIVEX C 900
Dòng UNIVEX bao gồm các hệ thống phủ đa năng để sản xuất lớp phủ PVD chức năng. Các tính năng như thiết kế mô-đun, kích thước buồng thay đổi và nhiều phụ kiện giúp hệ thống phủ linh hoạt hơn. Trong 50 năm qua, Leybold đã lắp đặt hơn 800 hệ thống độc đáo này trên toàn thế giới.
Phạm vi chức năng cần thiết cho nhiệm vụ này được cung cấp bởi Leybold UNIVEX C 900, được tùy chỉnh để phù hợp với nhu cầu của ZSW.
Nhìn chung, có thể rút ra hai mục đích sử dụng chính của các hệ thống:
- Thiết lập cho thí nghiệm và nghiên cứu được tối ưu hóa để linh hoạt, vì vậy chúng có thể đại diện cho nhiều tình huống thử nghiệm nhất có thể,
- Hệ thống sản xuất phủ số lượng chất nền lớn nhất có thể theo cách tối ưu hóa công suất.
Tính năng đặc biệt của UNIVEX C 900 được lắp đặt tại ZSW là tính linh hoạt của nó do các buồng xử lý được bố trí theo mô-đun.
Các phương pháp phủ sau đây có thể được thực hiện trong bốn khoang:
- Khoang xử lý 1: Khoang phún xạ - 3 nguồn phún xạ áp dụng lớp phủ lên chất nền.
- Khoang xử lý 2: Khoang bay hơi hữu cơ nhiệt.
- Buồng xử lý 3: Buồng bốc hơi chùm tia điện tử - có thể xử lý vật liệu nóng chảy ở nhiệt độ rất cao. Nó lý tưởng cho các ứng dụng tiết kiệm vật liệu, ví dụ, vì vật liệu được áp dụng đắt tiền.
- Buồng xử lý 4: Buồng này đặc biệt quan trọng đối với pin mặt trời song song vì đây là buồng mà các perovskite bay hơi. Vì chúng có thể gây hấn với các vật liệu khác và con người, nên trọng tâm là an toàn cho người vận hành.
Vì lý do an toàn, tiết kiệm thời gian cũng như bảo vệ vật liệu khỏi nước (có trong không khí xung quanh), có thể vận hành hệ thống hoàn toàn trong chân không nhờ hai khoang bổ sung:
- Khoang vận chuyển với cánh tay robot có thể co rút. Khoang này nằm ở trung tâm của toàn bộ hệ thống giữa các khoang xử lý: vai trò của nó là di chuyển các chất nền qua hệ thống với độ chính xác milimet.
- Tạp chí: khu vực lưu trữ chất nền. Ở đây, rô-bốt sẽ lấy lại khi chất nền trước đó đã được xử lý cuối cùng.
Cuộc cách mạng năng lượng chỉ có thể thành công khi các chuyên gia làm việc cùng nhau trong các ngành
Sự bay hơi của pin mặt trời perovskite là một ứng dụng quan trọng cho các công nghệ trong tương lai và năng lượng tái tạo. Ngoài việc phát triển hơn nữa các quy trình cụ thể này, một quan hệ đối tác lâu dài giữa ZSW và Leybold được lên kế hoạch, thường xuyên hợp tác với các nhóm khác nhau từ cơ sở này và các tổ chức khác để hợp tác trong các dự án mới.
Sau khi thiết lập, UNIVEX C 900 cho phép kiểm soát quy trình hoàn toàn tự động với kết quả có khả năng lặp lại cao. Chúng tôi tự tin rằng ZSW sẽ sử dụng hệ thống UNIVEX để tăng kiến thức thông qua mật độ thử nghiệm cao và rằng cùng nhau, chúng tôi sẽ đóng góp vào quá trình chuyển đổi năng lượng thành công.
Chúng tôi mong muốn ZSW và nhiều viện nghiên cứu khác hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng trên thế giới. Chúng tôi tin chắc rằng chúng ta chỉ có thể làm chủ sự chuyển đổi triệt để này bằng cách hợp tác.
Tải toàn bộ câu chuyện: