TOSHIBA - Film-basiertes Perowskit-Photovoltaik-Modul
Beitrag zur Klimaneutralität mit leichten, flexiblen Photovoltaik-Modulen.
Toshibas großflächiges Perowskit-Photovoltaikmodul auf Polymerfilmbasis erreicht einen Rekordwirkungsgrad von 15,1 %.
Filmbasiertes Perowskit-Photovoltaik-Modul: leicht und flexibel.
Beitrag zur CO2-Neutralität durch die praktische Anwendung von leichten und flexiblen Photovoltaik-Modulen der nächsten Generation, die großflächig installiert werden können
TOKYO - Toshiba Corporation (TOKYO: 6502), das weltweit führende Unternehmen in der Entwicklung von Perowskit-Photovoltaikmodulen für die Solarstromerzeugung der nächsten Generation, hat eine neue Beschichtungsmethode für die Perowskit-Schicht entwickelt, die den Wirkungsgrad (Power Conversion Efficiency, PCE) des 703 cm2 großen Toshiba-Moduls*1 auf 15,1 % steigert und damit den höchsten Wert für ein großes Perowskit-Photovoltaikmodul auf Polymerfolienbasis*2 erreicht. Die innovative Beschichtungsmethode für die Perowskit-Schicht reduziert außerdem die Produktionszeit und -kosten erheblich und trägt so zu niedrigeren Kosten für die Solarstromerzeugung bei.
Um das Ziel der Kohlenstoffneutralität zu erreichen, ist eine wesentlich stärkere Nutzung der photovoltaischen Stromerzeugung und eine erhebliche Ausweitung der Standorte, an denen Photovoltaikmodule installiert werden können, erforderlich. Die heute am weitesten verbreiteten Photovoltaik-Module bestehen aus kristallinem Silizium und sind schwer, was zusammen mit ihrer Steifigkeit den Aufstellungsort begrenzt. Das Perowskit-Photovoltaikmodul auf Polymerfolienbasis ist eine attraktive Alternative der nächsten Generation, da es dünn, leicht und flexibel ist und an Orten installiert werden kann, an denen der Einsatz von Silizium-Photovoltaikmodulen schwierig ist, wie z. B. auf wenig tragfähigen Dächern und in Bürofenstern. Jüngste Verbesserungen der PCE von Perowskit-Photovoltaikmodulen haben sie auf ein Niveau gebracht, das mit dem von Silizium-Photovoltaikmodulen vergleichbar ist.
Der jüngste Durchbruch von Toshiba ist die Entwicklung einer neuen Methode zur Beschichtung von Perowskit-Schichten. Zuvor hatte das Unternehmen ein zweistufiges Beschichtungsverfahren entwickelt, bei dem zunächst eine Schicht PbI2 (Bleijodid)-Tinte auf ein Substrat aufgebracht wurde, gefolgt von einer Schicht MAI (Methyammoniumjodid, CH3NH3I)-Tinte, wodurch eine Reaktion ausgelöst wurde, die eine MAPbI3-Schicht bildete. Dieser mehrstufige Ansatz hatte jedoch eine niedrige Beschichtungsrate und hinterließ oft nicht umgesetzte Abschnitte in der Perowskitschicht. Die Alternative ist ein einstufiges Verfahren, bei dem die MAPbI3-Tinte direkt aufgetragen wird, aber es ist nicht einfach, die Kristallisation des MAPbI3 zu kontrollieren und eine gleichmäßige Perowskitschicht über eine große Fläche zu erhalten. Eine neue Beschichtungsmethode, die diese Probleme löst, war erforderlich.
Toshiba hat ein einstufiges Meniskus-Beschichtungsverfahren entwickelt, bei dem verbesserte Tinte, Filmtrocknungsverfahren und Produktionsanlagen eingesetzt werden, um eine gleichmäßige Perowskit-Schicht auf einer Fläche von 703 cm2 zu erzeugen. Diese Innovationen halbieren die Schritte für die Abscheidung der Perowskitschicht und erhöhen die Beschichtungsgeschwindigkeit auf 6 Meter pro Minute auf einem 5×5 cm2 großen Modul, eine Geschwindigkeit, die den Anforderungen für die Massenproduktion*3 entspricht.
Angewandt auf die von Toshiba bereits vorgestellten 703 cm2 großen Perowskit-Photovoltaikmodule auf Polymerfolienbasis erreicht die einstufige Meniskusbeschichtungsmethode einen PCE-Wert von 15,1 % und damit den weltweit höchsten Wert für ein großflächiges Perowskit-Photovoltaikmodul auf Polymerfolienbasis. Dieser höhere PCE-Wert und der schnellere, vereinfachte Produktionsprozess bringen den Fortschritt auf dem Weg zur Kommerzialisierung hocheffizienter, kostengünstiger Perowskit-Photovoltaikmodule auf Polymerfolienbasis deutlich voran.
Toshiba schätzt, dass die neuen Perowskit-Photovoltaikmodule Strom erzeugen würden, der zwei Dritteln des jährlichen Stromverbrauchs von Haushalten in Tokio*4 entspricht, wenn sie auf einer Dachfläche von 164,9 km2 installiert wären, was in etwa der Dachfläche aller Gebäude in Tokio*5 entspricht.
Toshiba wird die Forschung an Perowskit-Photovoltaikmodulen fortsetzen, mit dem Ziel, die PCE auf 20 % oder mehr zu erhöhen und die aktive Fläche auf 900 cm2 zu vergrößern, die für eine praktische Anwendung erforderlich ist. Das Unternehmen schätzt, dass die Erreichung dieser Ziele die Herstellungskosten von Perowskit-Photovoltaikmodulen auf 15 €/W (ca. 0,14 $/W) senken wird.
Die neu entwickelte Beschichtungstechnologie und die Perowskit-Solarmodule, bei denen sie zum Einsatz kommt, sind Forschungsergebnisse im Rahmen eines Projekts der New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO) mit dem Titel "Development of Technologies to Promote Photovoltaic Power Generation as a Main Power Source".
Quelle 02/2022