In dit lab worden twee types van fotovoltaïsche materialen onderzocht: perovskiet en CIGS (Cu-In-Ga-Se). De eigenschappen van deze materialen worden verbeterd, en de interfaces en verschillende lagen in de dunnefilm zonnecelstructuur worden bestudeerd en geoptimaliseerd. De grootte van zonnecellen kan variëren van enkele millimeters (voor basisonderzoek) tot 35 cm x 35 cm dunnefilmmodules (om applicaties te testen). Het onderzoek naar dunnefilm PV is ook ingebed in de samenwerkingsovereenkomst met Solliance.

Lieve De Doncker

Contact

Lieve De Doncker

Business Developer Solar and Storage Materials at EnergyVille/UHasselt
Bart Onsia

Contact

Bart Onsia

Business Developer Solar at EnergyVille/imec
Omschrijving
Technische Toelichting

Voordelenthin film lab

CIGS Onderzoek:

Er worden voornamelijk twee R&D topics rond CIGS bestudeerd:

  • Passivering van CIGS absorptielagen om een dunner en vereenvoudigd CIGS absorptiemateriaal te garanderen. De kost en betrouwbaarheid van CIGS zonnecellen kunnen substantieel verbeterd worden met deze aanpak zoals reeds aangetoond voor silicium zonnecellen. Het einddoel is om hoog-efficiënte CIGS zonnecellen te realiseren met een lage kost en een langdurige betrouwbaarheid.
  • Nieuwe absorptiematerialen worden ontwikkeld voor toekomstige toepassingen. Voor tandemcellen wordt een hoge band gap versie (boven 1,6 eV) of CIGS met pure sulfer (Cu-In-Ga-S) of CGS (Cu-Ga-Se) ontwikkeld als de bovenliggende cel op siliciumcellen. Bijkomend wordt ook CIS (Cu-In-Se) onderzocht als potentieel onderliggende cel, bij het gebruik van bijvoorbeeld hoge band gap perovskieten als bovenliggende cel. De CIS kan ook gebruikt worden in toepassingen waarbij IR-absorptie belangrijk is. Naast CIGS-samenstellingen, kunnen ook andere sulfide en selenide samenstellingen gerealiseerd en onderzocht worden.

Het lab biedt de mogelijkheid om precursorcellen te seleniseren en sulfuriseren met elementair Se en D, alsook H2Se en H2S gas. Het maakt het mogelijk om de maximale capaciteit van chemische reacties te exploiteren en verschillende sulfide or selenide samenstellingen te creëren en deze diepgaand te onderzoeken. Het lab is voorzien van alle nodige apparatuur om een volledige zonnemodule of -toepassing te ontwikkelen. Alle fysische en optisch-elektrische apparatuur om snelle en geavanceerde analyses en karakterisering uit te voeren is aanwezig.

Perovskiet onderzoek:

Over een relatief korte onderzoeksperiode nam de initiële efficiëntie van perovskiete zonnecellen (PSC's) exponentieel toe van 3,8% in 2009 naar een officiële recordefficiëntie van 22,7% in 2017. Tot op heden werden deze efficiënte PSC's enkel kleinschalig ontwikkeld (typisch ≤1cm². Ondanks de impressionante initiële performantie, zijn er nog steeds enkele kritische pijnpunten die de industriële toepassing van dit materiaal belemmeren. Naast de instabiliteit is de schaalvergroting van deze PV-technologie een bijkomende bottleneck. Opschalen is een van de key activiteiten in de perovskiet PV-ontwikkelingen hier.

De nieuwe assemblagelijn maakt het mogelijk volwaardige modules tot 35x35cm² te verwerken. Een finale coater kan oplossingsgerichte materialen bevestigen terwijl een vacuüm thermische verdamping en sputter-installatie een combinatie maakt van oxide en metallische coatings toegankelijk voor zowel passiverings- en elektrodelagen. Co-depositie van max. 4 materialen is beschikbaar, zelfs voor quaternaire foto-actieve lagen zoals CIGS. Bijkomend, is ook een veelzijdig 3-golflengte picoseconde lasersysteem aanwezig voor de ontwikkeling van zeer nauwe interconnecties tussen aangrenzende cellen in modules. Dispenser- en uithardingsstations zijn aanwezig om de module-afwerking te vervolledigen. Al deze tools zijn geïntegreerd in of verbonden met gecontrolleerde afsluitbare onderzoekskasten.

De pilootlijn maakt het mogelijk om verschillende dragermaterialen te gebruiken, gaande van glas, plastiek naar metaal. Dit zorgt ervoor dat niet-transparant, semi-transparante of zelfs rigide of flexibele modules ontwikkeld kunnen worden. Variabele interconnectie-opstellingen kunnen ontwikkeld worden met het lasersysteem om specifieke, op maat gemaakte modules te maken.

Toepassingen

CIGS Onderzoek:

  • CIGS zonnemodules
  • Tandem zonnecellen
  • Zonnecellen met sulfide of selenide absorptielagen

Perovskiet onderzoek:

  • Op maat gemaakte zonnemodules
    • niet-transparante of semi-transparente modules, rigide of flexibel
  • Tandem zonnecellen
  • IoT tot BIPV

Depositie en verwerkingstools beschikbaar (van 5cm x 5cm tot 35cm x 35cm)

  • Atmosferische metaaloven
  • Vacuum selenisatie-oven met H2Se en H2S
  • S en Se elementaire reactoroven
  • CdS chemisch bad depositie
  • Spin, blade en slot die coating
  • Vacuüm thermische co-evaporatie
  • Lineaire sputtering
  • Mechanische graveringen
  • 3-golflengte picoseconde laser patroon
  • UV-curing press, robot en dispenser

Analyse-apparatuur

  • Klasse A IV set-up
  • EQE
  • Indoor IV set-up
  • Atmosfeer, temperatuur en licht-gecontrolleerde klimaatkamers
  • Reflectie/transmissie/absorptie
  • SEM-EDS
  • Drager recombinatie life time meter (<100 ps)
  • Fotoluminescentie
  • 4-punt onderzoek
  • Profilometer
  • Laser scanning microscoop