Печать солнечных элементов на тонких пленках для более дешевой и эффективной солнечной энергии

Автор: Университет Суонси, 14 июля 2020 г.

Двухэтапное покрытие тонких пленок перовскита в рулонах в Университете Суонси, где исследователи из проекта SPECIFIC достигли рекордного уровня эффективности печатных солнечных элементов. Фото: SPECIFIC/Университет Суонси.

Ключевой шаг на пути к более дешевой и эффективной солнечной энергии.

Новое исследование сообщает о самой высокой эффективности, когда-либо зарегистрированной для полностью напечатанных перовскитных солнечных элементов (PSC), что знаменует собой ключевой шаг на пути к более дешевым и эффективным способам производства солнечной энергии.

Команда Центра специальных инноваций и знаний Университета Суонси под руководством профессора Тристана Уотсона сообщила об использовании метода рулонного изготовления четырех слоев PSC с покрытием из щелевой матрицы.

PSC обеспечили стабильную выходную мощность 12,2% — самый высокий КПД, зафиксированный на сегодняшний день для четырехслойных PSC, напечатанных с рулона на рулон.

Новичок в фотоэлектрической промышленности, PSC привлекли пристальное внимание исследователей со всего мира. Поскольку эффективность достигла уровня, сравнимого с эффективностью кремниевых фотоэлектрических систем (PV), нынешнего лидера рынка, внимание было переключено на масштабирование PSC.

Тонкие гибкие пленки с напечатанными солнечными элементами являются ключевым шагом на пути к более дешевой и эффективной солнечной энергии — исследователи из Университета Суонси продемонстрировали рекордные уровни эффективности перовскитных солнечных элементов. Фото: SPECIFIC/Университет Суонси.

В отличие от кремниевых ФЭ, для которых требуется нанесение при высокой температуре и высоком вакууме, PSC можно обрабатывать в растворе при низкой температуре, что значительно снижает стоимость производства.

Низкотемпературная обработка позволяет использовать пластиковые подложки для создания гибких солнечных элементов.

Способность к растворному процессу дает возможность применять различные хорошо отработанные технологии печати и нанесения покрытий:

Эти преимущества позволили исследователям из Университета Суонси использовать рулонное производство для четырех слоев PSC.

Нанесение покрытия с помощью щелевой матрицы дает несколько преимуществ перед альтернативами: это метод предварительной дозировки, что означает, что толщину влажной пленки можно контролировать перед нанесением покрытия. Он также очень эффективен в использовании материала с минимальными потерями материала по сравнению с распылением или трафаретной печатью.

Использование необходимых токсичных растворителей в промышленных масштабах требует тщательной обработки воздуха, чтобы оставаться в пределах безопасности, что может повлечь за собой значительные и ненужные расходы. По этой причине была использована система на основе ацетонитрила. Эта система имеет реологическое преимущество благодаря низкой вязкости и низкому поверхностному натяжению, что приводит к получению более качественных покрытий.

Наряду с этим была введена тройная смесь растворителей с высокими пределами воздействия на рабочем месте, заменившая хлорбензол для осаждения материала, переносящего дырки. В этом исследовании PSC обеспечили стабильную выходную мощность 12,2%, что является самым высоким КПД, зарегистрированным для четырех слоев PSC, напечатанных с рулона на рулон.

Полный солнечный элемент выбранной архитектуры требует пятислойного покрытия. В этом случае четыре слоя наносились с использованием щелевого покрытия, а верхний контакт наносился с помощью термического испарения. Щелевое покрытие пятого (верхнего) контакта без разрушения нижних слоев пока не достигнуто. Решение этой проблемы позволило бы производить PSC с полностью рулонной печатью.

Рахул Патидар из SPECIFIC, ведущий исследователь проекта, сказал:

«Солнечные элементы на основе перовскита призваны повысить эффективность и снизить стоимость традиционного производства солнечной энергии. Они потенциально могут быть высокоэффективными и относительно дешевыми в производстве, поэтому цель состоит в том, чтобы улучшить методы производства для масштабирования.

Это исследование означает следующий шаг на пути к коммерциализации».

Исследование было опубликовано в журнале Sustainable Energy and Fuels.

Ссылка: «Солнечные элементы P-I-N из перовскита с покрытием из рулона-к-рулону с использованием одноступенчатой ​​системы перовскитных растворителей на основе ацетонитрила» Дэниел Беркитт, Рахул Патидар, Питер Гринвуд, Кэтрин Хупер, Джеймс МакГеттрик, Стоичко Димитров, Маттео Коломбо , Васил Стоичков, Дэвид Ричардс, Дэвид Бейнон, Мэтью Дэвис и Тристан Уотсон, 4 мая 2020 г., Устойчивая энергетика и топливо. DOI: 10.1039/D0SE00460J