Laserbasierte P3-Gravur von Perowskit-Miniaturgeräten mit einem Wirkungsgrad von 19% – International PV Journal

2. März 2021Emiliano Bellini

Forscher der HTW Berlin und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB) untersuchten den Effekt der Laserpulsdauer für die P3-Modellierung zur Bindung von Perowskit-Solarzellen, um diese dann zu kleinen PV-Modulen zu entwickeln.

Sie analysierten die elektrischen und Zusammensetzungseigenschaften der Duplikatorlinien mit dem Ziel, Laserkeulenbänder zu erzeugen, die sowohl für Nanosekunden (ns) als auch für Pikosekunden (ps) geeignet sind und robuste Prozesse zur Herstellung von Modulen mit hoher Durchschnittsleistung gewährleisten können.

„Das aus dieser Studie gewonnene Wissen kann direkt in der Massenproduktion verwendet werden“, sagte der Forscher Chestoph Schultz. PV Magazin. „Diese Arbeit basiert auf früheren Studien, in denen die Wechselwirkungen von Lasermaterial untersucht und der Einfluss der Laserpulsdauer und der Laserfluoreszenz auf die elektrische Funktion der P2-Brennerleitung bestimmt wurden.“

Die sogenannten P1-, P2- und P3-Transkriptoren entsprechen den drei Schreibschritten des Prozesses zum Aufbau homogener Korrelationen, die Spannungen zwischen Zellen in Modulen hinzufügen. Die Schritte P1 und P3 zielen darauf ab, die hinteren Kontaktschichten benachbarter Zellen zu isolieren, und Schritt P2 erzeugt einen elektrischen Pfad zwischen dem hinteren Kontakt der Zelle und dem vorderen Kontakt einer benachbarten Zelle.

Wissenschaftler erklärten, dass der P3-Schritt häufig zu unerwünschten Effekten wie Entfernung des Rückkontakts, Abblättern oder schlechter elektrischer Isolierung aufgrund von Rückständen im Graben führt. Diese Probleme sind wahrscheinlich auf Wechselwirkungen zwischen dem Laser und den Materialien zurückzuführen, die noch nicht vollständig verstanden wurden. Laut den Wissenschaftlern wurden bisher Probleme im Zusammenhang mit dem P3-Muster sowohl für ns- als auch für ps-Muster gemeldet.

Die deutsche Gruppe hat die Linien ns und ps P3 auf 2,2-cm-Perowskit-Solarmodulen mit drei Zellen getippt². Die Parameter P1 und P2 waren für alle Proben gleich. Sie verwendeten Oberflächenanalysetechniken wie Rasterelektronenmikroskopie (SEM) und energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDX), um die Morphologie und Zusammensetzung der P3-Linie zu analysieren. Sie verwendeten auch eine spektrophotometrisch gefilterte Lumineszenz, um die Verteilung von Bleiiodid (PbI2) innerhalb der Ritzlinien abzubilden. Die Dekoration des Solarmoduls erfolgte mit dem handelsüblichen Lasersystem Rofin Baasel Lasertech.

Die Wissenschaftler erzielten die höchste Energieumwandlungseffizienz durch Modellierung von ps – etwa 17% – mit einer Fließfähigkeit von 2,31 Joule / cm². Durch die Verwendung der Strukturierung mit einem kostengünstigeren ns-Laser wurde eine um mehr als 19% höhere Effizienz bei einer Glätte von 1,36 J / cm erreicht.². Wissenschaftler sagten, dass diese Werte eine breite Palette von Effekten darstellen, die für ein erfolgreiches P3-Muster geeignet sind.

Sie sagten: „Flüssigkeiten unterhalb und oberhalb geeigneter Bereiche können zu einer verringerten Energieumwandlungseffizienz sowohl für die ns- als auch für die ps-Impulse führen.“ „Eine starke Abnahme der Fluoreszenz kann zu einer unvollständigen Materialentfernung und einer schlechten elektrischen Isolierung benachbarter Zellen führen, während extrem hohe Kontraktionen aufgrund des thermischen Effekts eine hohe Wahrscheinlichkeit haben, die darunter liegende vordere Kontaktschicht zu beschädigen.“

Das Forscherteam fand auch heraus, dass die Strukturierung von ns zu einem leichten Anstieg der Leerlaufspannung und des Füllfaktors führt, was die Effizienz des Geräts verbessert. Die Analyse der Materialzusammensetzung innerhalb und neben der Linie des Schreibers zeigte, dass die Strukturierung von ns zu größeren Mengen an PbI2 innerhalb der Linien führt. Darüber hinaus bevorzugen die ns-Laser die Bildung einer dünnen, bromreichen Schicht an der Grenzfläche zwischen dem Perowskit und der Lochtransportschicht (HTL). Sowohl PbI2 als auch die bromreiche Schicht können elektronische Defektzustände an den Rändern der Ritzlinie und die Masse der Ladungsträger in ihrer Nähe passivieren.

„Unsere Ergebnisse gelten für alle Perowskite, die auf Blei und Jodid basieren“, sagte Schultz.

Wissenschaftler beschrieben die Lasertechnik des Schriftstellers inOptimierung der elektrischen Leistung von Perowskit-Mikro-PV-Modulen durch PbI-Steuerung₂ Formen mit Nanosekunden-Laserpulsen zum Dekorieren von P3, Die vor kurzem in veröffentlicht wurde Energietechnik.