Hibridne perovskitne sončne celice, izdelane iz zvitka v zvitek, dosegajo rekordno učinkovitost – Physics World

Hibridne perovskitne sončne celice, izdelane iz zvitka v zvitek, dosegajo rekordno učinkovitost – Physics World

Časovni žig: 5. april 2024 8


Fotografija sistema tiskanja z zvitka na zvitek, ki se uporablja za proizvodnjo hibridnih perovskitnih sončnih celic
Na zvitku: Tehnika tiska z zvitka na zvitek, ki se uporablja za izdelavo hibridnih perovskitnih solarnih panelov z izkoristkom 11 % in površino do 50 cm2. (Z dovoljenjem: D Vak)

Velikopovršinske sončne celice, izdelane iz hibridnih perovskitnih materialov, so naredile korak bližje komercializaciji zahvaljujoč raziskovalcem v Avstraliji in Združenem kraljestvu, ki so celice prvič izdelali z industrijskimi metodami. Izdelane v okoljskih pogojih s tehniko, znano kot tiskanje z zvitka na zvitek, celice kažejo relativno visoko učinkovitost pretvorbe energije do 15.5 % za posamezne celice z majhno površino in 11 % za serijsko povezane celice v modulih z veliko površino. Po mnenju raziskovalcev bi bile celice tudi poceni za proizvodnjo, pri čemer bi izračunani stroški padli na 0.70 USD na vat, ko bi proizvodnja dosegla 1 000 000 m2 letno.

Perovskitni material se imenuje "hibrid", če vsebuje anorganske in organske komponente. Kot vsi perovskiti imajo tudi hibridi kemijsko formulo ABX3, vendar je v tem primeru A organski kation, medtem ko je B svinec in X je lahko jodid, bromid ali drug halid. Strukturno vsebujejo ogrodje svinčevega halogena, ki je napolnjeno z majhnimi organskimi kationi, in veliko obetajo za tankoplastne sončne celice, ker jim nastavljive pasovne vrzeli omogočajo absorbiranje svetlobe v širokem razponu valovnih dolžin sončnega spektra.

"Že dolgo delamo na tiskanih organskih sončnih celicah, vendar je področje organskih sončnih celic napredovalo relativno počasi, ko so se pojavile perovskitne sončne celice," pravi Doojin Vak avstralskega Organizacija za znanstvene in industrijske raziskave Commonwealtha (CSIRO), ki je projekt vodila skupaj s sodelavci iz University of Cambridge, Univerza Monash in Univerza New South Wales.

Za raziskovalce, kot je Vak, je vznemirljiva stvar pri hibridnih perovskitnih sončnih celicah ta, da je njihova učinkovitost pretvorbe energije načeloma enaka učinkovitosti uveljavljenih materialov sončnih celic, kot so silicij, galijev arzenid ali kadmijev telurid. V praksi pa so bile hibridne perovskitne sončne celice z visokim izkoristkom doslej dokazane le v laboratoriju. Izdelava učinkovitih velikopovršinskih naprav iz teh materialov z uporabo industrijskih procesov ostaja izziv.

11-odstotna učinkovitost pri 50 cm² ploščah

V zadnjem delu so Vak in njegovi sodelavci pokazali, da lahko proizvedejo hibridne perovskitne sončne celice z učinkovitostjo 11 % in površino do 50 cm.2 z uporabo tiskanja z zvitka na zvitek. Ta tehnika proizvaja celice v neprekinjenem procesu, ki je podoben načinu tiskanja časopisov, z zaporednimi fazami premazovanja, tiskanja in sušenja, ki preoblikujejo zvitek filma na enem koncu v zvitek, poln končnega izdelka na drugem.

Številni industrijski procesi dokončajo vse te korake izdelave v enem prehodu. V tem primeru pa so raziskovalci uporabili več poskusov za izdelavo svojih naprav. Zamenjali so tudi vakuumske kovinske elektrode, ki se običajno uporabljajo pri tiskanju z zvitka na zvitek, s tiskanimi ogljikovimi elektrodami, ki so združljive s perovskitnimi materiali.

Zahvaljujoč tej prilagoditvi je ekipa lahko izdelala in analizirala več kot 10 000 sončnih celic na dan. Ta »visoko prepustni« eksperiment je raziskovalcem omogočil hitro identifikacijo optimalnih vrednosti za različne procesne parametre, kar je povečalo učinkovitost končnih naprav.

Prototipi za različne aplikacije

"Mislili smo, da bi lahko perovskitne sončne celice tudi v celoti natisnili kot tiste na organski osnovi, in dosegli smo dober napredek," pravi Vak. "Zadnja ovira je bila odprava vakuumskih hrbtnih elektrod in v tem delu smo uspeli doseči ta cilj."

Raziskovalci pravijo, da bi module, ki so jih izdelali, lahko uporabili kot prototipe za testiranje v različnih aplikacijah. »Čeprav ni na ravni, ki bi jo lahko takoj sprejeli na tradicionalnih področjih, kjer bi običajno uporabljali zrele solarne tehnologije, kot so silicijeve sončne celice, smo identificirali aplikacije in premijske trge, na katerih bo imela ta tehnologija konkurenčno prednost,« pravi Vak. "Na primer, preučevali smo vesoljske aplikacije in na nedavno izstreljen satelit namestili natisnjene perovskitne solarne module."

V tej študiji, ki je objavljena v Nature Communications, so največji solarni moduli, ki so jih izdelali raziskovalci, merili 10 cm x 10 cm. Čeprav se to v akademskih raziskavah šteje za precejšnje, je še vedno premajhno za aplikacije v resničnem svetu. Naslednji korak za raziskovalce je torej razširitev njihove tehnike. "Na srečo smo pravkar zaključili namestitev najsodobnejšega tiskarskega obrata za perovskitne sončne celice v CSIRO in tehnologijo bomo lahko napredovali s tem novim pilotnim tiskalnikom," je povedal Vak. Svet fizike.

Časovni žig:

Več od Svet fizike