A roll-to-roll hibrid perovszkit napelemek rekordhatékonyságot értek el – Physics World

A roll-to-roll hibrid perovszkit napelemek rekordhatékonyságot értek el – Physics World

Időbélyeg: 5. április 2024. 8:00


A hibrid perovszkit napelemek gyártásához használt roll-to-roll nyomtatási rendszer fotója
Tekercsen: A tekercsről tekercsre történő nyomtatási technika 11%-os hatásfokkal és legfeljebb 50 cm2 felületű hibrid perovszkit napelemek gyártására szolgál. (jóvoltából: D Vak)

A hibrid perovszkit anyagokból készült, nagy felületű napelemek egy lépéssel közelebb kerültek a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz, köszönhetően azoknak a kutatóknak Ausztráliában és az Egyesült Királyságban, akik először gyártották ipari módszerekkel a cellákat. Környezeti körülmények között, tekercsről tekercsre történő nyomtatásként ismert technikával előállított cellák viszonylag magas teljesítmény-átalakítási hatékonyságot mutatnak, akár 15.5%-ot is elérhetnek az egyes kis felületű cellák és 11%-ot a sorosan csatlakoztatott cellák esetében, nagy felületű modulokban. A kutatók szerint a cellák előállítása is olcsó lenne, a számított költségek wattonként 0.70 dollárra csökkennének, ha a termelés eléri az 1 000 000 métert.2 évente.

A perovszkit anyagot „hibridnek” nevezik, ha szervetlen és szerves komponenseket is tartalmaz. Mint minden perovszkit, a hibridek kémiai képlete ABX3, de ebben az esetben A szerves kation, míg B ólom, X pedig lehet jodid, bromid vagy más halogenid. Szerkezetileg ólom-halogenid vázat tartalmaznak, amely kis szerves kationokkal van feltöltve, és sok ígéretet mutatnak a vékonyfilmes napelemek számára, mivel hangolható sávszélességeik lehetővé teszik számukra, hogy a nap spektrumának széles hullámhossztartományában nyeljék el a fényt.

"Régóta dolgozunk nyomtatott szerves napelemeken, de a szerves napelemek területe viszonylag lassan fejlődött, amikor megjelentek a perovszkit napelemek" Doojin Vak Ausztráliáé Nemzetközösségi Tudományos és Ipari Kutatási Szervezet (CSIRO), aki kollégáival együtt vezette a projektet University of Cambridge, Monash Egyetem és a Új-Dél-Wales-i Egyetem.

Az olyan kutatók számára, mint a Vak, az az izgalmas a hibrid perovszkit napelemekkel kapcsolatban, hogy energiaátalakítási hatékonyságuk elvileg megegyezik az olyan ismert napelem-anyagokéval, mint a szilícium, a gallium-arzenid vagy a kadmium-tellurid. A gyakorlatban azonban a nagy hatásfokú hibrid perovszkit napelemeket eddig csak laboratóriumban demonstrálták. Hatékony, nagy felületű eszközök gyártása ezekből az anyagokból ipari folyamatok segítségével továbbra is kihívást jelent.

11%-os hatékonyság 50 cm²-es paneleken

A legújabb munkájukban Vak és munkatársai megmutatták, hogy képesek 11%-os hatásfokú és akár 50 cm-es területű hibrid perovszkit napelemeket is előállítani.2 tekercsről tekercsre történő nyomtatással. Ez a technika az újságok nyomtatásához hasonló folyamatos folyamatban állítja elő a sejteket, és az egymást követő bevonási, nyomtatási és szárítási lépések során a filmtekercs egyik végén a késztermékkel teli tekercs a másik végén alakul.

Számos ipari folyamat egyetlen menetben hajtja végre az összes gyártási lépést. Ebben az esetben azonban a kutatók többszörös futtatást alkalmaztak eszközeik gyártásához. A tekercsről tekercsre történő nyomtatásban hagyományosan használt vákuumalapú fémelektródákat is lecserélték nyomtatott szénelektródákra, amelyek kompatibilisek a perovszkit anyagokkal.

Ennek a beállításnak köszönhetően a csapat naponta több mint 10 000 napelemet tudott legyártani és elemezni. Ez a „nagy áteresztőképességű” kísérlet lehetővé tette a kutatóknak, hogy gyorsan azonosítsák a különböző feldolgozási paraméterek optimális értékeit, ami növelte a végső eszközök hatékonyságát.

Prototípusok különféle alkalmazásokhoz

„Úgy gondoltuk, hogy a perovszkit napelemek is teljesen nyomtathatók, mint a szerves alapúak, és jó előrehaladást értünk el” – mondja Vak. „Az utolsó akadály a vákuumalapú hátsó elektródák kiiktatása volt, és ezt a célt sikerült elérnünk ebben a munkában.”

A kutatók szerint az általuk gyártott modulok prototípusként használhatók különféle alkalmazásokban történő teszteléshez. „Bár nem olyan szinten, hogy könnyen átvehető legyen a hagyományos területeken, ahol általában kiforrott napelemes technológiákat, például szilícium napelemeket használnának, azonosítottunk alkalmazásokat és prémium piacok, ahol ez a technológia versenyelőnyhöz jut” – mondja Vak. "Például űralkalmazásokat vizsgáltunk, és nyomtatott perovszkit napelem modulokat telepítettünk egy nemrég felbocsátott műholdra."

Ebben a tanulmányban, amely ben jelent meg Nature Communications, a kutatók által gyártott legnagyobb napelem modulok mérete 10 cm x 10 cm. Bár ez jelentősnek számít az akadémiai kutatáson belül, még mindig túl kicsi a valós alkalmazásokhoz. A kutatók következő lépése tehát az, hogy bővítsék technikájukat. „Szerencsére éppen most fejeztük be a CSIRO-nál a perovszkit napelemek korszerű nyomtatóberendezésének telepítését, és ezzel az új kísérleti méretű nyomtatóval továbbfejleszthetjük a technológiát” – mondja Vak. Fizika Világa.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa