Photovoltaik und PVD: auf dem Weg zu grüner Energieeffizienz
Zu den größten Herausforderungen, mit denen produzierende Unternehmen in den letzten Jahren konfrontiert sind, zählen:
- die Reduzierung des Verbrauchs toxischer Industriestoffe,
- die Verringerung von Abfällen,
- sowie die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit der Endprodukte auch nach der grünen Transformation.
Das Abscheidungssystem auf Basis eines modifizierten Sputtering-Verfahrens namens gig-lox stellt das Ergebnis neuer technologischer Ansätze und langjähriger Forschung im Bereich der erneuerbaren Energien, insbesondere der Solarenergie, dar.
Die zentrale Herausforderung betrifft die Photovoltaik der dritten Generation mit Perowskit, die die Siliziumtechnologie am Markt mit vergleichbaren Wirkungsgraden ergänzt. Für einige Anwendungen, bei denen Silizium-Solarzellen deutliche Grenzen aufweisen, stellen Perowskit-Solarzellen eine Lösung dar, um unter nahezu allen Bedingungen saubere Energie in ausreichender Menge bereitzustellen.
Die auf dem gig-lox-Verfahren basierende Entwicklung reagiert auf die Notwendigkeit, Blei, das unter extremen Einsatzbedingungen aus Perowskit-Solarzellen freigesetzt werden könnte, wirksam aufzufangen – etwa bei beschädigten Outdoor-Installationen nach schweren Wetterereignissen wie Hagel.
Die Entdeckung dieser neuen Methode begegnet den Bedenken hinsichtlich des in der chemischen Zusammensetzung von Perowskiten enthaltenen Bleis und der damit verbundenen Toxizität. Um die technologische Bedeutung dieses Ergebnisses zu verstehen, ist entscheidend zu wissen, dass Blei in Perowskiten unverzichtbar ist, da es maßgeblich zur hohen Leistungsfähigkeit der Solarzellen beiträgt. Eine Möglichkeit zu finden, hohe Effizienz zu bewahren, ohne die Sicherheit des Ökosystems zu gefährden, ist daher ein zentrales technologisches Thema.
Dank der Integration einer dünnen Schicht aus Titandioxid (TiO₂), das für seine hohe Fähigkeit zur Absorption von Metallionen bekannt ist, konnte das Problem der Bleifreisetzung in die Umwelt durch den Kontakt des Materials mit Regenwasser deutlich reduziert werden.
Tests haben gezeigt, dass eine dünne poröse TiO₂-Schicht bis zu 99,8 % der Bleiverluste absorbieren kann und so eine Ausbreitung in die Umwelt verhindert.
Das Sputtering-Abscheidungsverfahren gig-lox wurde in den Laboren des CNR in Catania mithilfe einer speziellen Maschine entwickelt, die vom CNR-IMM konzipiert und von Kenosistec gefertigt wurde. Das Projekt entstand aus der Zusammenarbeit der technischen Abteilung von Kenosistec unter der Leitung von Dr. Stefano Perugini mit den Forschenden des CNR unter wissenschaftlicher Koordination von Dr. Alessandra Alberti.
Die speziell entwickelten Lösungen trugen entscheidend zur Weiterentwicklung dieses neuen Abscheidungsverfahrens bei. In dieser konkreten Anwendung für die Photovoltaik ermöglicht es, die mit der Verwendung von Blei verbundenen Risiken deutlich zu reduzieren, ohne die Effizienz oder die Leistungsfähigkeit von Perowskit-Solarzellen zu beeinträchtigen.
Dieses Ergebnis stellt einen wichtigen Fortschritt im Bereich der Solarenergie dar und schafft die Grundlage für eine nachhaltigere Zukunft. Gleichzeitig eröffnet es neue Perspektiven für die großindustrielle Einführung dieser Technologie, die einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigeren Produktion von Perowskit-Solarzellen leisten kann.
