Supersizing solceller - forskere udskriver modul seks gange større end tidligere største

Et perovskite solcellemodul på størrelse med et A4-ark papir, som er næsten seks gange større end 10x10 cm ² moduler af den type rapporteret før, er udviklet af Swansea University forskere, ved at bruge enkle og billige trykteknikker.

Gennembruddet viser, at teknologien fungerer i større skala, ikke kun i laboratoriet, hvilket er afgørende for at tilskynde industrien til at tage det op.

Hver af de mange individuelle celler, der udgør modulet, er lavet af perovskit, et materiale af stigende interesse for solforskere, da det kan fremstilles nemmere og billigere end silicium, det mest almindeligt anvendte materiale til solceller.

Perovskite solceller har også vist sig at være yderst effektive, med score for Power Conversion Efficiency (PCE) - mængden af ​​lys, der rammer en celle, som den konverterer til elektricitet - så højt som 22 % på små laboratorieprøver.

Teamarbejdet for det SPECIFIKKE Innovations- og Videnscenter ledet af Swansea University. De brugte en eksisterende celletype, en Carbon Perovskite Solar Cell (C-PSC), lavet af forskellige lag - titanium, zirkonia og kulstof på toppen - som alle kan udskrives.

Selvom deres effektivitet er lavere end andre perovskitcelletyper, C-PSC'er nedbrydes ikke så hurtigt, har allerede bevist mere end 1 års stabil drift under belysning.

Swansea-teamets gennembrud kommer fra optimering af printprocessen på glassubstrater så store som et A4-ark. De sikrede, at de mønstrede lag var perfekt justeret gennem en metode kaldet registrering, velkendt i trykkeribranchen.

Hele fremstillingsprocessen blev udført i luft, ved omgivende forhold, uden at kræve de dyre højvakuumprocesser, som er nødvendige for siliciumfremstilling.

Swansea-teamet opnåede god præstation for deres moduler:

• op til 6,3 % strømkonverteringseffektivitet (PCE), når det vurderes i forhold til "1 sol"-standarden, dvs fuld simuleret sollys. Dette er verdensledende for en C-PSC-enhed af denne størrelse.
• 11 % PCE ved 200 lux, svarer nogenlunde til lysniveauet i en gennemsnitlig stue
• 18% PCE ved 1000 lux, svarende til lysniveauer i et gennemsnitligt supermarked.

De høje effektivitetsvurderinger under indendørs lysforhold viser, at denne teknologi ikke kun har potentiale til energiproduktion udendørs, men også til at drive små elektroniske enheder - såsom smartphones og sensorer - indendørs.

Dr. Francesca De Rossi, teknologioverførselsstipendiat ved Swansea University's SPECIFIKKE Innovation and Knowledge Centre, sagde:

"Vores arbejde viser, at perovskit-solceller kan levere god ydeevne, selv når de produceres i større skala end hidtil rapporteret inden for det videnskabelige samfund. Dette er afgørende for at gøre det økonomisk og tiltalende for industrien at fremstille dem.

Nøglen til vores succes var serigrafiprocessen. Vi har optimeret dette for at undgå fejl forårsaget af udskrivning af så store områder. Nøjagtig registrering af lag og mønstre af det blokerende lag hjalp med at forbedre forbindelser mellem celler, øge den samlede ydeevne.

Der er endnu mere arbejde at gøre, for eksempel ved at øge det aktive areal - den procentdel af substratoverfladen, der faktisk bruges til at producere strøm. Vi arbejder allerede på det.

Men dette er et vigtigt gennembrud af vores team, som kan være med til at bane vejen for den næste generation af solceller"

Undersøgelsen er publiceret i Avancerede materialeteknologier .