Perovskite teknologi er skalerbar, men der er stadig spørgsmål om de bedste metoder

Efterhånden som perovskit-solceller sætter effektivitetsrekorder, og den begyndende teknologi bliver mere stabil, en anden stor udfordring er tilbage:spørgsmålet om skalerbarhed, ifølge forskere ved Institut for Energis Nationale Renewable Energy Laboratory (NREL).

"Det er skalerbart, " sagde Kai Zhu, en materialevidenskabelig forsker ved NREL. "Vi skal bare demonstrere effektivitet og udbytte i stor skala for at flytte teknologien ud over laboratoriet."

Hovedforfatter til et nyt Nature Reviews Materials papir med titlen, "Skalerbar fremstilling af perovskite solceller, " Zhu og hans kolleger ved NREL gennemgik indsatsen for at flytte perovskiter fra laboratoriet til taget. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Berry, og Maikel van Hest er medforfattere.

De fleste solpaneler på markedet i dag er lavet af silicium, men perovskit-solceller har potentialet til at fremskynde væksten af ​​fotovoltaisk (PV) produktion i USA, fordi de er meget billigere at lave og har vist ydeevnepotentiale i laboratoriet. Perovskites har opnået rekordeffektivitetsniveauer hurtigere end nogen anden solcelleteknologi med den nuværende rekord - certificeret sidste sommer - nu på 22,7 procent. Men effektiviteten i en perovskit-solcelle falder, efterhånden som celle- og modularealet øges. En kombination af faktorer tilskrives faldet, herunder den uensartede belægning af kemikalier i cellen. Også, når enhver form for solceller er sat sammen for at skabe moduler, inaktive zoner dannes mellem celler, hvor sollys ikke omdannes til elektricitet, fører til effektivitetsfald.

At lave en perovskit-solcelle i laboratoriet, videnskabsmænd afsætter kemikalier på et substrat. Perovskitmaterialet dannes, når kemikalierne krystalliserer. Den mest almindeligt anvendte deponeringsmetode i laboratoriet, kaldet spin coating, producerer enheder med den højeste effektivitet, men processen spilder mere end 90 procent af de anvendte kemikalier, det såkaldte perovskit blæk. Spincoating fungerer også bedst på celler mindre end fire kvadrattommer, men der er ikke en nem måde at gøre det muligt for denne teknologi at blive brugt på en større overflade.

NREL-forskerne undersøgte potentielle skalerbare aflejringsmetoder, inklusive:

• Bladbelægning, som bruger et blad til at sprede den kemiske opløsning på underlag for at danne våde tynde film. Processen kan tilpasses til rulle-til-rulle fremstilling, med fleksible substrater, der bevæger sig på en rulle under et stationært blad svarende til, hvordan aviser trykkes. Bladcoating spilder mindre af blækket end spincoating.
• Slot-die belægning, som er afhængig af et reservoir til at levere forstadieblæk for at påføre blæk over substratet. Processen er ikke blevet så godt undersøgt som andre metoder og har indtil videre vist lavere effektivitet end bladbelægning. Men reproducerbarheden af ​​slid-die-coating er bedre end blade-coating, når blækket er veludviklet, så dette er mere anvendeligt til rulle-til-rulle-fremstilling.
• Inkjet print, som bruger en lille dyse til at sprede prækursorblækket. Processen er blevet brugt til at lave småskala solceller, men om det er egnet til højvolumen, produktion af store arealer vil afhænge af udskrivningshastigheden og enhedsstrukturen.

Der findes andre metoder, såsom elektroaflejring, men der har ikke været nogen rapporter om, at det bliver brugt til at lave direkte aflejring af halogenidperovskitter i perovskitsolceller.

Trods mange udfordringer, der gøres imponerende fremskridt i retning af at opskalere produktionen af ​​disse solceller, bemærkede NREL-forskerne i papiret. Det nye papir skitserede forskning, der skal behandles for at opskalere teknologien. Et område, der især kræver mere opmærksomhed, er den ideelle arkitektur af et perovskite solcellemodul.

Adskillige undersøgelser har anslået, at perovskit-solceller kan generere elektricitet til en lavere pris end andre solcelleteknologier. selvom disse tal er baseret på hypotetisk forskning. Men en konklusion, der kan drages fra undersøgelserne, er, at de højeste inputomkostninger for perovskit-moduler vil komme fra substrater og elektrodematerialer, hvilket peger på en række muligheder for innovation på disse områder.