Australiensiska forskare skriver ett nytt kapitel för solenergin

Ett enkelt och mångsidigt nanopartikelbläck kan hjälpa till att printa ut nästa generations perovskitsolceller i stor skala och bli den dominerande kraften inom kommersiella solceller. Foto: ARC Center of Excellence in Exciton Science, Australien

Perovskite solceller konkurrerar redan med effektiviteten hos sina etablerade kiselmotsvarigheter, och de är också mer flexibla och kräver mindre energi att tillverka.

Problem med långvarig hållbarhet och vissa andra hinder i tillverkningsprocessen har dock hittills hindrat dessa spännande material från att gå om kisel.

Forskare från ARC Center of Excellence in Exciton Science, som arbetar med Australiens nationella vetenskapsbyrå CSIRO, kan nu ha hittat ett svar på några av dessa utmaningar med hjälp av deras nanopartikelbläck av tennoxid.

Ett enkelt och mångsidigt nanopartikelbläck kan hjälpa nästa generations perovskitsolceller att skrivas ut i stor skala och bli den dominerande kraften inom kommersiella solceller.

Avgörande steg

Tillverkat av tennoxid, är bläcket skapat med bara ett nyckelsteg vid relativt låg temperatur med hjälp av mikrovågsteknik, och utan behov av ytterligare rening. Det används sedan i solceller för att hjälpa till att selektivt transportera elektroner, ett avgörande steg för att generera elektricitet.

Prototypenheter byggda med denna metod har registrerat effektomvandlingsverkningsgrader på 18 procent vilket är bland de bästa effektivitetsnivåerna för en planstrukturerad perovskitsolcell som bearbetas vid låga temperaturer.

Bläcket lämpar sig för att göra olika typer av perovskitsolceller, bland annat med glas och för att trycka på plast, vilket kan göras billigt vid höga volymer. Denna teknik, som kallas rull-till-rulle-beläggning, liknar det sätt på vilket tidningar trycks.

Kräver mindre energi att tillverka

Inom bläckprodukten kan medelstorleken för varje partikel kontrolleras så att den förblir mellan bara fem och 10 nanometer stora eller små. För att sätta det i ett sammanhang, ett pappersark är 100 000 nanometer tjockt, och våra naglar växer en nanometer varje sekund.

Resultaten av arbetet, som fått finansiering från Australian Renewable Energy Agency (ARENA), har publicerats i tidskriften Chemistry of Materials och finns tillgängliga här.

Ultralågkostnad vid tillverkning

CSIROs främsta forskare Dr Doojin Vak sa:

- Perovskite-solceller kan tillverkas genom industriell tryckning. Även om processen är till låg kostnad, räknas fortfarande kostnaden för varje komponent. Detta arbete visar ett utmärkt sätt att bidra till ultralågkostnad vid tillverkning av perovskitsolceller i framtiden."

Det är viktigt att nanopartikelbläcket kan tillverkas med mikrovågor, eftersom direkta högtemperaturbearbetningsmetoder för flexibla solcellssubstrat orsakar nedbrytning, vilket begränsar den kommersiella potentialen för utskrivbara perovskitsolceller.

Monash Universitys professor Jacek Jasieniak, senior författare på tidningen, konstaterade:

 - Användningen av mikrovågor för att syntetisera lämpliga nanopartikelbläck ger ett stort steg framåt mot att uppnå högeffektiva perovskitsolceller som kan skrivas ut reproducerbart samtidigt som tillverkningskostnaderna minimeras.

Andra syntetiska tillvägagångssätt för tennoxid kräver högt tryck, höga kokpunkter och kan också behöva flera bearbetningssteg, vilket utesluter dem från strid för kostnadseffektiv tillverkning i industriell och kommersiell skala.

Förlänger också livslängden

Att använda metalloxider snarare än organiska ingredienser, som påverkas negativt av luft och fukt, förlänger också livslängden för perovskitsolcellens enheter.

Tennoxid är inte bara mer hållbar än jämförbara organiska ingredienser, den har också ett brett bandgap och uppmuntrar effektiv elektrontransport, egenskaper som gör den lämplig för olika typer av solceller och andra optoelektroniska applikationer.

 Källa: Material tillhandahållet av ARC Center of Excellence in Exciton Science.