Простые и универсальные чернила из наночастиц могут помочь в масштабной печати перовскитных солнечных элементов следующего поколения и стать доминирующей силой в коммерческой фотоэлектрике.
Чернила, изготовленные из оксида олова, создаются всего за один ключевой шаг при относительно низкой температуре с использованием микроволновой технологии и без какой-либо необходимости в дальнейшей очистке. Затем он используется в солнечных элементах для селективного переноса электронов, что является важным шагом в производстве электроэнергии.
Прототипы устройств, построенных с использованием этого метода, показали эффективность преобразования энергии в 18%, что является одним из лучших показателей эффективности для планарного структурированного перовскитового солнечного элемента, обработанного при низких температурах.
Чернила подходят для изготовления различных типов перовскитных солнечных элементов, в том числе со стеклом, и для печати на пластике, что может быть сделано дешево при больших объемах. Этот метод, называемый нанесением покрытия от рулона к рулону, похож на способ печати газет.
В составе чернил средний размер каждой частицы можно регулировать так, чтобы он оставался в пределах от пяти до 10 нанометров. Чтобы представить это в контексте, толщина листа бумаги составляет 100 000 нанометров, а ваши ногти растут на один нанометр каждую секунду.
Перовскитные солнечные элементы уже конкурируют по эффективности со своими известными кремниевыми аналогами, а также являются более гибкими и требуют меньше энергии для изготовления.
Проблемы с долговечностью и некоторые препятствия в процессе производства до сих пор не позволяли этим замечательным материалам обогнать кремний.
Однако теперь исследователи из Центра передового опыта ARC в области экситонной науки, работающие с национальным научным агентством Австралии CSIRO, возможно, нашли ответ на некоторые из этих проблем с помощью чернил из наночастиц оксида олова.
Результаты работы, которая получила финансирование от Австралийского агентства по возобновляемым источникам энергии (ARENA), были опубликованы в журнале Chemistry of Materials и доступны здесь.
Главный научный сотрудник CSIRO доктор Дуджин Вак сказал:
«Солнечные элементы из перовскита могут быть изготовлены методом промышленной печати. Хотя процесс по своей сути является недорогим, стоимость каждого компонента по-прежнему имеет значение. Эта работа демонстрирует отличный способ внести вклад в сверхнизкозатратное производство перовскитных солнечных элементов в будущем».
Важно, чтобы чернила из наночастиц можно было изготавливать с помощью микроволн, потому что прямые методы высокотемпературной обработки гибких подложек солнечных элементов вызывают деградацию, ограничивая коммерческий потенциал перовскитных солнечных элементов, пригодных для печати.
Профессор Университета Монаша Яцек Ясеняк, старший автор статьи, сказал:
«Использование микроволн для синтеза подходящих чернил из наночастиц обеспечивает важный шаг вперед в достижении высокоэффективных перовскитных солнечных элементов, которые можно воспроизводить при печати, а также минимизировать затраты на изготовление».
Другие методы синтеза оксида олова требуют высокого давления, высоких температур кипения, а также могут потребовать нескольких этапов обработки, что исключает их из конкуренции за экономичное производство в промышленных и коммерческих масштабах.
Использование оксидов металлов вместо органических ингредиентов, на которые негативно влияют воздух и влага, также продлевает срок службы готовых перовскитных солнечных элементов.
Оксид олова не только более долговечен, чем аналогичные органические ингредиенты, он также имеет широкую запрещенную зону и способствует эффективному переносу электронов. Характеристики, которые делают его пригодным для различных типов солнечных элементов и других оптоэлектронных применений.
