Fremstilling af perovskit-solceller med kun et stykke papir? En ny metode fortæller dig hvordan

Perovskite halvledersolceller er en meget spændende fotovoltaisk teknologi, der har samme effektivitet som silicium, men støbt eller trykt i tynde film via flydende blæk. En ny metode, der bruger et simpelt ark papir til at deponere perovskit-filmene uden noget dyrt udstyr, er blevet udviklet af et team fra Tor Vergata University og University of Zanjan. Tricket for at opnå høj ydeevne med denne bemærkelsesværdigt billige metode er at gennemvæde papirapplikatoren i anti-opløsningsmiddel, hvilket næsten fordobler effektiviteten sammenlignet med, når det bruges tørt, og når 11 % på fleksible plastikunderlag. Papir, sammenlignet med andre bløde applikatorer, besidder den rette porøsitet og glathed til afsætning af højkvalitets perovskitfilm.

Perovskite-halvledersolceller er en meget spændende fotovoltaisk teknologi, fordi de har lignende effektkonverteringseffektiviteter som dem, der er baseret på konventionelt silicium, men kan støbes i tynde film via forstadieblæk, hvilket giver fordele ved fremstilling. De fleste perovskitfilm i laboratorier rundt om i verden deponeres gennem spincoating, som garanterer høj kontrol af filmtykkelse samt morfologi. Det meste af blækket udstødes dog under deponering og går til spilde. Der har været bestræbelser på at udvikle belægningsteknikker til afsætning over store områder. De mest effektive solceller fremstillet via spin-coating involverer tilsætning af dråber af anti-opløsningsmiddel (dvs. en væske med forskellige egenskaber end dem, der anvendes i perovskit-precursor-blæk) under spinding, hvilket forbedrer den morfologiske kvalitet af perovskit-halvlederfilmene. Denne metode er imidlertid meget vanskelig at implementere, når der anvendes belægningsteknikker med store arealer, hvor den omhyggelige konstruktion af tørreprocesserne involverer varmeapparater eller gasstrømme for at kontrollere morfologien af ​​perovskitfilmen.

Et internationalt hold af forskere fra Italien og Iran har udgivet en helt ny metode, der bruger et simpelt ark papir til at afsætte perovskitfilmene uden en spincoater eller andre store arealteknikker såsom slot-die coating eller blade coating. Resultaterne af deres projekt er blevet offentliggjort i iScience, det tværfaglige open access tidsskrift fra Cell Press, der fremhæver de opskrifter, der skal til for at opnå effektive solceller med denne metode.

"Da jeg sluttede mig til CHOSE labs i Rom for min praktik, bemærkede jeg uden tvivl, at efterladt et stykke rengøringspapir gennemvædet i opløsningsmiddel over en våd perovskit-precursorfilm, blev det brunt og blev til, hvad der lignede en ret lovende perovskit-halvlederfilm. Min vejleder i Rom, prof. Brown, foreslog, at jeg udviklede en belægningsmetode baseret på denne opdagelse under min tid der" beskrev Nazila Zarabinia, første forfatter til værket. "Vi arbejdede på at prøve forskellige bløde applikatorer:den, der fungerede bedst, var papir med de mest gavnlige egenskaber af porøsitet og glathed," tilføjede hun. Den højeste effektivitet af en fleksibel celle fremstillet med denne afsætning via anti-opløsningsmiddel-gennemvædet applikatormetode (kaldet DASSA) var 11 %. Forskerne mener, at dette er en tilfredsstillende effektivitet, især for fleksible solceller på plastik PET-substrater, og ved at bruge en fuldstændig manuel procedure. Den tilsvarende effektivitet opnået med spin-coating-anordninger med anti-opløsningsmiddelmetoden var 14,9 %, så der er mulighed for yderligere forbedringer. I manuskriptet foreslår forfatterne en automatiseret procedure for yderligere fremtidig optimering.

"Vi tror, ​​at denne simple metode vil appellere til alle de laboratorier, der etablerer en linje inden for perovskitforskning, som ikke har været i stand til (for penge eller tid) at købe dyrt aflejringsudstyr (lidt ligesom manuel klingebelægning af titanium-film, som var meget brugt til at kommer ind i feltet i tiden med farvesensibiliserede solceller), da det muliggør afsætningen af ​​perovskitfilmen utroligt billigt. Det kan også være af særlig interesse for grupper, der udvikler automatiserede printteknikker ved at påføre antiopløsningsmidlet, ikke på perovskitfilmen som sædvanligt, men på applikatoren i stedet for. Ydermere vil det være interessant at bestræbe sig på at udvide denne metode til også at omfatte transportlagene til fuldcellefremstilling," kommenterede Thomas M. Brown, tilsvarende forfatter til værket.

Forskerne viser, at opblødning af papiret, der bruges som applikator i et antiopløsningsmiddel, øger solcellernes effektkonverteringseffektivitet med 82 % sammenlignet med solcellerne, hvor påføringen af ​​perovskitfilmen blev udført med et ark tørt papir.