Rul-til-rulle-fremstillede hybride perovskit-solceller når rekordeffektivitet – Physics World

Rul-til-rulle-fremstillede hybride perovskit-solceller når rekordeffektivitet – Physics World

Tidsstempel: 5. april 2024 kl. 8


Foto af rulle-til-rulle-printsystemet, der bruges til at producere hybrid perovskit-solceller
På en rulle: Den rulle-til-rulle printteknik, der bruges til at fremstille hybride perovskite solpaneler med effektivitet på 11 % og et areal på op til 50 cm2. (Med høflighed: D Vak)

Solceller med stort område fremstillet af hybride perovskitmaterialer har taget et skridt tættere på kommercialisering takket være forskere i Australien og Storbritannien, som for første gang fremstillede cellerne med industrielle metoder. Fremstillet under omgivende forhold ved hjælp af en teknik kendt som rulle-til-rulle-udskrivning, viser cellerne relativt høje effektkonverteringseffektiviteter på op til 15.5 % for individuelle celler med lille areal og 11 % for serieforbundne i moduler med stort areal. Ifølge forskerne ville cellerne også være billige at producere, med de beregnede omkostninger faldende til $0.70 pr. watt, når produktionen når 1 m.2 Per år.

Et perovskitmateriale kaldes "hybrid", når det indeholder både uorganiske og organiske komponenter. Som alle perovskitter har hybrider den kemiske formel ABX3, men i dette tilfælde er A en organisk kation, mens B er bly, og X kan være iodid, bromid eller et andet halogenid. Strukturelt indeholder de en blyhalogenidramme, der er fyldt med små organiske kationer, og de viser meget lovende for tyndfilmssolceller, fordi deres justerbare båndgab giver dem mulighed for at absorbere lys over en bred vifte af solspektrumbølgelængder.

"Vi har arbejdet på printede organiske solceller i lang tid, men området for organiske solceller udviklede sig relativt langsomt, da perovskit-solceller dukkede op," siger Doojin Vak af Australiens Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), der ledede projektet sammen med kolleger fra University of Cambridge, Monash University og University of New South Wales.

For forskere som Vak er det spændende ved hybride perovskit-solceller, at deres effektkonverteringseffektivitet i princippet er på niveau med etablerede solcellematerialer som silicium, galliumarsenid eller cadmiumtellurid. I praksis er højeffektive hybride perovskit-solceller dog hidtil kun blevet demonstreret i laboratoriet. Det er fortsat udfordrende at lave effektive store enheder af disse materialer ved hjælp af industrielle processer.

En effektivitet på 11 % på 50 cm² paneler

I det seneste arbejde viste Vak og kolleger, at de kunne producere hybride perovskite solpaneler med effektivitet på 11 % og et areal på op til 50 cm2 ved hjælp af rulle-til-rulle-udskrivning. Denne teknik producerer celler i en kontinuerlig proces, der ligner den måde, aviser trykkes på, med successive belægnings-, tryknings- og tørringstrin, der transformerer en rulle film i den ene ende til en rulle fuld af det færdige produkt i den anden.

Mange industrielle processer fuldfører alle disse fremstillingstrin i en enkelt omgang. I dette tilfælde brugte forskerne imidlertid flere kørsler til at fremstille deres enheder. De erstattede også de vakuumbaserede metalelektroder, der konventionelt anvendes i rulle-til-rulle-udskrivning, med trykte carbonelektroder, der er kompatible med perovskitmaterialer.

Takket være denne justering var holdet i stand til at fremstille og analysere mere end 10 solceller om dagen. Dette "high throughput" eksperiment gjorde det muligt for forskerne hurtigt at identificere optimale værdier for forskellige behandlingsparametre, hvilket øgede effektiviteten af ​​de endelige enheder.

Prototyper til forskellige applikationer

"Vi troede, at perovskit-solceller også kunne printes fuldt ud som organisk-baserede, og vi har gjort gode fremskridt," siger Vak. "Den sidste forhindring var at eliminere vakuumbaserede bagelektroder, og vi formåede at nå dette mål i dette arbejde."

Forskerne siger, at de moduler, de producerede, kunne bruges som prototyper til afprøvning i forskellige applikationer. "Selvom det ikke er på det niveau, der let kan anvendes i traditionelle områder, hvor man normalt ville bruge modne solteknologier som siliciumsolceller, har vi identificeret applikationer og premium-markeder, hvor denne teknologi vil have en konkurrencefordel,” siger Vak. "For eksempel har vi undersøgt rumapplikationer og har installeret printede perovskite solcellemoduler på en nyligt opsendt satellit."

I denne undersøgelse, som er offentliggjort i Nature Communications, de største solcellemoduler, forskerne fremstillede, målte 10 cm x 10 cm. Selvom dette anses for betydeligt inden for akademisk forskning, er det stadig for lille til applikationer i den virkelige verden. Næste skridt for forskerne er derfor at skalere deres teknik op. "Heldigvis har vi netop afsluttet installationen af ​​et avanceret printanlæg til perovskit-solceller på CSIRO, og vi vil være i stand til at udvikle teknologien med denne nye pilotskalaprinter," fortæller Vak. Fysik verden.

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden