Atomdünne Schichten bieten Potential für ungeahnte Eigenschaften

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Der neue Star für die Photovoltaik könnten Perowskit-Solarzellen werden. Die Spatial Atomic Layer Deposition, kurz SALD-Technologie bietet das Potential, deren Eigenschaften so zu verbessern, dass die Perowskit-Zellen anwendungstauglich werden. Aber auch für Batterien und elektronische Anwendungen zeichnen sich vielversprechende Einsatzmöglichkeiten ab.

An einer SALD Anlage werden Versuche durchgeführt, eine Mitarbeiterin hält eine Beschichtungsprobe in einer Greifvorrichtung.
Mit der SALD-Technologie lassen sich im Vakuum Schichten abscheiden, die nur einzelne Atomlagen dick sind. Das bietet das Potential für große Leistungssteigerungen im Bereich Solarzellen, Batterien und weiteren Anwendungsfeldern.

Die niederländische Technologieschmiede SALD BV hat mit der internationalen Auslieferung von Ausrüstung für „Spatial Atomic Layer Deposition“ (SALD) für Perowskit-Solarzellen begonnen. Perowskit-Mineralien gelten als neuer Stern am Solarzellenhimmel, weil sie preisgünstig, leicht zu verarbeiten und effizient sind, aber die Stabilität lässt häufig noch zu wünschen übrig. Eine atomdünne Beschichtung, wie sie mit der SALD-Technologie zu erreichen ist, soll die Zellen deutlich robuster machen. Dem weltweiten Markt für Perowskit-Solarzellen wird ein Volumen von über zwei Milliarden Dollar bis 2027 prognostiziert. Vor dem Marktwachstum steht allerdings noch die Herausforderung, die Zellen aus dem heutigen Laborumfeld in die industrielle Massenfertigung zu bringen. Die derzeit ausgelieferten SALD-Anlagen dienen den Vorbereitungen dieser Massenproduktion im Rolle-zu-Rolle-(R2R)-Verfahren. Dabei wird ein flexibles Ausgangsmaterial abgerollt, eine Struktur auf- oder eingedruckt und wieder aufgerollt. In Kombination mit der SALD-Technologie ist es möglich, nanodünne Beschichtungen mit bestimmten Eigenschaften und Funktionen auf die Rolle aufzudrucken. Das R2R-Verfahren ist besonders gut für die kostengünstige Massenproduktion im großen Stil geeignet. Längere Zeit war bei Perowskiten als Solarzellenmaterial der notwendige Anteil Blei problematisch, weil dieser nach den RoHS-Richtlinien der EU (Restriction of Hazardous Substances) verboten ist. Zwar ist es möglich, das Blei durch Zinn zu ersetzen, doch Zinn oxidiert allmählich, wodurch die Kristallstruktur des Perowskites verloren geht. Genau diese Oxidation soll durch den Einsatz der SALD-Technologie verhindert werden, um die Langzeitstabilität zu gewährleisten. SALD hat mit Spatial Atomic Layer Deposition ein nach eigener Aussage weltweit einzigartiges, patentiertes Verfahren entwickelt, im industriellen Maßstab Beschichtungen aufzutragen, die so dünn sind wie ein einziges Atom. Das Unternehmen ist überzeugt, dass diese Atombeschichtungen das Potential haben werden, ganze Industrien zu revolutionieren, darunter die Herstellung von Batteriezellen für Autos und Smartphones, die Textilwirtschaft, die Polymerelektronik (organische Computerchips), die Solarenergiebranche und die Verpackungsindustrie.

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