Майбутнє сонячної енергетики буде друкованим!

Чорнило, виготовлене з оксиду олова, створюється лише одним ключовим етапом при відносно низькій температурі за допомогою мікрохвильової технології та без необхідності подальшого очищення. Потім його використовують у сонячних елементах, щоб допомогти вибірково транспортувати електрони, що є вирішальним кроком у виробництві електроенергії.

Прототипи пристроїв, створених за допомогою цього методу, зафіксували ефективність перетворення електроенергії на рівні 18%, що є одним з найкращих показників ефективності для перовскітних сонячних елементів з плоскою структурою, оброблених при низьких температурах.

Чорнило підходить для виготовлення різних типів перовскітних сонячних елементів, у тому числі зі склом і для друку на пластику, що можна зробити дешево у великих обсягах. Ця техніка, яка називається рулонним покриттям, схожа на спосіб друку газет.

Середній розмір кожної частинки чорнила можна контролювати таким чином, щоб він залишався між п’ятьма та десятьма нанометрами. Якщо пояснити це контекстом, аркуш паперу має товщину 100 000 нанометрів, а ваші нігті ростуть на один нанометр щосекунди.

Перовскітні сонячні батареї вже конкурують за ефективністю зі своїми відомими кремнієвими аналогами, а також вони більш гнучкі та потребують менше енергії для виробництва.

Проблеми з довгостроковою довговічністю та деякі перешкоди у виробничому процесі поки що заважали цим захоплюючим матеріалам випередити кремній.

Однак тепер дослідники з Центру передового досвіду в галузі екситонної науки ARC, які співпрацюють з національним науковим агентством Австралії CSIRO, можливо, знайшли відповідь на деякі з цих проблем за допомогою чорнила з наночастинок оксиду олова.

Результати роботи, яка отримала фінансування від Австралійського агентства з відновлюваної енергії (ARENA), були опубліковані в журналі Chemistry of Materials.

Провідний науковий співробітник CSIRO, доктор Дуджін Вак, сказав: «Сонячні батареї з перовскіту можна виготовити за допомогою промислового друку. Хоча цей процес за своєю суттю недорогий, вартість кожного компонента все ще має значення. Ця робота демонструє чудовий спосіб зробити внесок у надефективну енергетику через вартість виробництва перовскітних сонячних елементів у майбутньому».

Важливо, що чорнило з наночастинок можна виготовляти за допомогою мікрохвиль, тому що прямі високотемпературні методи обробки гнучких підкладок сонячних елементів спричиняють деградацію, обмежуючи комерційний потенціал перовскітових сонячних елементів, які можна друкувати.

Професор Університету Монаша Яцек Ясеняк, старший автор статті, сказав: «Використання мікрохвиль для синтезу відповідних чорнил з наночастинок забезпечує значний крок вперед на шляху до досягнення високоефективних перовскітних сонячних елементів, які можна відтворювати, а також мінімізувати витрати на виготовлення».

Інші підходи до синтезу оксиду олова вимагають високого тиску, високих температур кипіння, а також можуть вимагати кількох етапів обробки, що позбавляє їх конкуренції для економічно ефективного виробництва в промислових і комерційних масштабах.

Використання оксидів металів замість органічних інгредієнтів, на які негативно впливають повітря та волога, також подовжує термін служби кінцевих перовскітних сонячних елементів.

Оксид олова не тільки більш міцний, ніж порівняльні органічні інгредієнти, він також має широку заборонену зону та сприяє ефективному транспорту електронів — характеристики, які роблять його придатним для різних типів сонячних елементів та інших оптоелектронних застосувань.