Гібридні перовскітові сонячні батареї, виготовлені з рулону на рулон, досягли рекордної ефективності – Physics World

Сонячні елементи великої площі, виготовлені з гібридних перовскітних матеріалів, зробили крок ближче до комерціалізації завдяки дослідникам з Австралії та Великобританії, які вперше виготовили елементи промисловими методами. Осередки, виготовлені в умовах навколишнього середовища за допомогою технології, відомої як рулонний друк, демонструють відносно високу ефективність перетворення електроенергії до 15.5% для окремих осередків малої площі та 11% для послідовно з’єднаних осередків у модулях великої площі. За словами дослідників, елементи також будуть дешевими у виробництві, з розрахунковими витратами, що впадуть до 0.70 доларів США за ват, коли виробництво досягне 1 000 000 м² в рік.

Перовскітний матеріал називають «гібридним», якщо він містить як неорганічні, так і органічні компоненти. Як і всі перовскіти, гібриди мають хімічну формулу ABX₃, але в цьому випадку A є органічним катіоном, тоді як B є свинцем, а X може бути йодидом, бромідом або іншим галогенідом. Структурно вони містять основу галогеніду свинцю, наповнену невеликими органічними катіонами, і вони дуже перспективні для тонкоплівкових сонячних елементів, оскільки їх регульована заборонена зона дозволяє їм поглинати світло в широкому діапазоні довжин хвиль сонячного спектру.

«Ми працювали над друкованими органічними сонячними елементами протягом тривалого часу, але галузь органічних сонячних елементів просувалась відносно повільно, коли з’явилися перовскітові сонячні елементи», — говорить Дуджін Вак Австралії Організація наукових і промислових досліджень Співдружності (CSIRO), який керував проектом разом із колегами з в Кембриджський університет, Університет Монаш і Університет Нового Південного Уельсу.

Для таких дослідників, як Вак, захоплююча річ у гібридних перовскітних сонячних елементах полягає в тому, що їх ефективність перетворення електроенергії, в принципі, на одному рівні з ефективністю відомих матеріалів сонячних елементів, таких як кремній, арсенід галію або телурид кадмію. На практиці, однак, високоефективні гібридні перовскітні сонячні батареї поки що були продемонстровані лише в лабораторії. Виготовлення ефективних пристроїв великої площі з цих матеріалів за допомогою промислових процесів залишається складним завданням.

Ефективність 11% на панелях площею 50 см²

В останній роботі Вак і його колеги показали, що вони можуть виробляти гібридні перовскітові сонячні панелі з ефективністю 11% і площею до 50 см.² за допомогою рулонного друку. Ця технологія виробляє клітини в безперервному процесі, який нагадує спосіб друку газет, з послідовними стадіями нанесення покриття, друку та сушіння, які перетворюють рулон плівки на одному кінці в рулон, наповнений готовим продуктом, на іншому.

Багато промислових процесів завершують усі ці етапи виготовлення за один прохід. Однак у цьому випадку дослідники використали кілька прогонів для виготовлення своїх пристроїв. Вони також замінили вакуумні металеві електроди, які зазвичай використовуються для друку з рулону на рулон, на друковані вугільні електроди, сумісні з перовскітними матеріалами.

Завдяки цьому налагодженню команда змогла виготовити та проаналізувати більше 10 000 сонячних елементів на день. Цей експеримент «високої пропускної здатності» дозволив дослідникам швидко визначити оптимальні значення для різних параметрів обробки, що підвищило ефективність кінцевих пристроїв.

Прототипи для різних застосувань

«Ми думали, що перовскітові сонячні елементи також можуть бути повністю надруковані як органічні, і ми досягли значного прогресу», — говорить Вак. «Останньою перешкодою було усунення вакуумних зворотних електродів, і нам вдалося досягти цієї мети в цій роботі».

Дослідники кажуть, що створені ними модулі можна використовувати як прототипи для тестування в різних додатках. «Хоча це не на тому рівні, щоб бути готовим до застосування в традиційних галузях, де ви зазвичай використовуєте зрілі сонячні технології, такі як кремнієві сонячні елементи, ми визначили застосування. і ринки преміум-класу, на яких ця технологія матиме конкурентну перевагу», — говорить Вак. «Наприклад, ми вивчали космічні програми та встановили друковані перовскітні сонячні модулі на нещодавно запущеному супутнику».

У цьому дослідженні, опублікованому в Природа зв'язкуНайбільші сонячні модулі, виготовлені дослідниками, мали розміри 10 см x 10 см. Хоча в академічних дослідженнях це вважається значним, воно все ще занадто мало для реальних застосувань. Таким чином, наступним кроком для дослідників є розширення своєї техніки. «На щастя, ми щойно завершили встановлення найсучаснішої друкарської установки для перовскітних сонячних батарей у CSIRO, і ми зможемо вдосконалити технологію за допомогою цього нового пілотного принтера», — розповідає Вак. Світ фізики.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
• PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/roll-to-roll-fabricated-hybrid-perovskite-solar-cells-reach-record-efficiencies/