Mehrere Gründe, warum Perowskit-Beschichtungsmaschinen auf Granitfundamente angewiesen sind
Hervorragende Stabilität
Der Perowskit-Beschichtungsprozess stellt extrem hohe Anforderungen an die Stabilität der Anlagen. Selbst geringste Vibrationen oder Verschiebungen können zu ungleichmäßiger Schichtdicke führen, was wiederum die Qualität der Perowskitfilme beeinträchtigt und letztendlich den photoelektrischen Wirkungsgrad der Batterie reduziert. Granit besitzt eine Dichte von 2,7–3,1 g/cm³, ist hart und bietet eine stabile Unterlage für die Beschichtungsanlage. Im Vergleich zu Metallfundamenten reduziert Granit die Störungen durch externe Vibrationen, wie sie beispielsweise durch den Betrieb anderer Anlagen oder die Bewegungen von Mitarbeitern im Werk entstehen, effektiv. Nach der Dämpfung durch das Granitfundament sind die auf die Kernkomponenten der Beschichtungsanlage übertragenen Vibrationen vernachlässigbar, wodurch ein stabiler Ablauf des Beschichtungsprozesses gewährleistet wird.
Extrem niedriger Wärmeausdehnungskoeffizient
Beim Betrieb der Perowskit-Beschichtungsanlage erzeugen einige Komponenten durch Stromfluss und mechanische Reibung Wärme, wodurch die Anlagentemperatur ansteigt. Gleichzeitig kann die Umgebungstemperatur in der Produktionshalle schwanken. Die Größe gängiger Materialien ändert sich bei Temperaturänderungen erheblich, was für Perowskit-Beschichtungsprozesse, die eine hohe Präzision im Nanometerbereich erfordern, fatal ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Granit ist mit etwa (4–8) × 10⁻⁶/℃ extrem niedrig. Daher ändert sich seine Größe bei Temperaturschwankungen nur sehr geringfügig.
Gute chemische Stabilität
Perowskit-Vorläuferlösungen weisen häufig eine gewisse chemische Reaktivität auf. Ist das Grundmaterial der Anlage während des Beschichtungsprozesses chemisch instabil, kann es mit der Lösung reagieren. Dies führt nicht nur zu einer Verunreinigung der Lösung und beeinträchtigt die chemische Zusammensetzung und die Eigenschaften des Perowskitfilms, sondern kann auch das Grundmaterial korrodieren und somit die Lebensdauer der Anlage verkürzen. Granit besteht hauptsächlich aus Mineralien wie Quarz und Feldspat. Er besitzt stabile chemische Eigenschaften und ist beständig gegen Säuren und Laugen. Beim Kontakt mit Perowskit-Vorläuferlösungen und anderen chemischen Reagenzien im Produktionsprozess finden keine chemischen Reaktionen statt. Dadurch wird die Reinheit der Beschichtungsumgebung und der langfristig stabile Betrieb der Anlage gewährleistet.
Hohe Dämpfungseigenschaften reduzieren die Auswirkungen von Vibrationen
Im Betrieb der Beschichtungsanlage können Bewegungen interner mechanischer Komponenten, wie die Hin- und Herbewegung des Beschichtungskopfes und der Motorlauf, Vibrationen verursachen. Werden diese Vibrationen nicht rechtzeitig gedämpft, breiten sie sich im Inneren der Anlage aus und überlagern sich, was die Beschichtungsgenauigkeit weiter beeinträchtigt. Granit weist eine relativ hohe Dämpfung auf, mit einem Dämpfungsgrad im Allgemeinen zwischen 0,05 und 0,1, der um ein Vielfaches höher ist als der von metallischen Werkstoffen.
Das technische Rätsel der Erreichung einer Planheit von ±1 μm in einem 10-teiligen Portalrahmen
Hochpräzisions-Bearbeitungstechnologie
Um eine Ebenheit von ±1 μm für einen 10-Feld-Portalrahmen zu erreichen, müssen im Bearbeitungsschritt zunächst hochpräzise Fertigungstechniken eingesetzt werden. Die Oberfläche des Portalrahmens wird durch ultrapräzise Schleif- und Polierverfahren feinbearbeitet.
Fortschrittliches Erkennungs- und Rückkopplungssystem
Bei der Fertigung und Montage von Portalrahmen ist der Einsatz moderner Messtechnik unerlässlich. Das Laserinterferometer misst die Planheitsabweichung jedes einzelnen Rahmenteils in Echtzeit mit einer Messgenauigkeit im Submikrometerbereich. Die Messdaten werden in Echtzeit an das Steuerungssystem zurückgemeldet. Dieses berechnet anhand der Daten die zu korrigierenden Positionen und Größen und justiert den Portalrahmen anschließend mithilfe einer hochpräzisen Feinjustiervorrichtung.
Optimierte Strukturkonstruktion
Eine durchdachte Konstruktion trägt zur Erhöhung der Steifigkeit und Stabilität des Portalrahmens bei und reduziert Verformungen durch Eigengewicht und externe Lasten. Die Struktur des Portalrahmens wurde mithilfe von Finite-Elemente-Analyse-Software simuliert und analysiert, um Querschnittsform, Größe und Verbindungsmethode von Querträgern und Stützen zu optimieren. Beispielsweise weisen Querträger mit kastenförmigem Querschnitt eine höhere Torsions- und Biegefestigkeit als herkömmliche I-Träger auf und können Verformungen bei einer Spannweite von 10 Metern effektiv reduzieren. Zusätzlich werden an kritischen Stellen Verstärkungsrippen angebracht, um die Steifigkeit der Konstruktion weiter zu erhöhen und sicherzustellen, dass die Ebenheit des Portalrahmens auch unter verschiedenen Lasten im Betrieb der Beschichtungsanlage innerhalb von ±1 μm bleibt.
Auswahl und Verarbeitung von Materialien
Die Granitbasis der Perowskit-Beschichtungsanlage bildet mit ihrer Stabilität, ihrem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ihrer chemischen Beständigkeit und ihren hohen Dämpfungseigenschaften eine solide Grundlage für die hochpräzise Beschichtung. Der 10-Feld-Portalrahmen erreicht durch eine Reihe technischer Verfahren, wie z. B. hochpräzise Bearbeitungstechniken, fortschrittliche Detektions- und Rückkopplungssysteme, optimiertes Strukturdesign sowie Materialauswahl und -behandlung, eine extrem hohe Planheit von ±1 μm. Dies trägt gemeinsam dazu bei, die Produktion von Perowskit-Solarzellen in Richtung höherer Effizienz und höherer Qualität zu lenken.
Veröffentlichungsdatum: 21. Mai 2025