Международная группа исследователей продемонстрировала технологию производства перовскитных фотоэлектрических материалов в промышленных масштабах, которая снизит стоимость и улучшит производительность перовскитных солнечных элементов массового производства.

Этот метод является недорогим, простым, энергоэффективным и должен проложить путь к созданию перовскитных солнечных элементов. Перовскит представляет интерес для солнечных элементов, потому что он очень эффективно поглощает свет. Это позволяет создавать легкие и гибкие солнечные элементы, которые можно использовать в ряде технологий, таких как окна зданий или транспортных средств.

«В лаборатории исследователи производят перовскитные фотогальванические материалы, используя технику, называемую центрифугированием , которая создает тонкую пленку перовскита на подложке , но только в небольшом масштабе», — говорит Арам Амассиан, соавтор статьи о работе. и профессор материаловедения и инженерии в Университете штата Северная Каролина.

«Мы говорим об образцах подложек площадью всего один или два квадратных сантиметра. Однако люди не думали, что можно масштабировать центрифугирование для производства, используя подложки площадью в десятки квадратных сантиметров. Вместо этого люди выбрали для множества других методов. Но эти другие методы производят перовскитные фотоэлектрические элементы, которые не работают так же хорошо, как тонкие пленки, полученные с использованием центрифугирования , и требуют значительных исследований и разработок».

«Мы здесь продемонстрировали, что вы можете производить перовскитные фотоэлектрические элементы на больших подложках, используя центрифугирование путем разработки стратегии разбавления сорастворителя», — говорит Майкл Грэтцель, соавтор статьи и профессор École Polytechnique Fédérale de Лозанна. «Другими словами, вы можете увеличить производство фотогальванических элементов и сохранить превосходные характеристики почти любого типа тонкой пленки перовскита, полученной с использованием центрифугирования».

Исторически люди считали, что центрифугирование нельзя использовать для производства перовскитных фотоэлектрических элементов на подложках в промышленных масштабах с эффективным использованием материалов из-за природы как центрифугирования, так и перовскитов.

Покрытие центрифугированием включает нанесение жидкости на поверхность подложки и последующее вращение подложки, чтобы жидкий материал растекался по поверхности. Однако при нанесении перовскита с помощью этой техники растворители, удерживающие перовскит в жидком состоянии, испаряются недостаточно быстро. Это приводит к тому, что большая часть перовскита слетает с краев, а это означает, что большая часть материала перовскита тратится впустую. Это также приводит к неравномерной толщине перовскита на поверхности, а также к тому, что некоторые участки перовскита сохнут дольше, чем другие. Все это проблематично с точки зрения производства.

«Наш подход решает эту проблему, вводя сорастворитель, который позволяет жидкому перовскиту равномерно распределяться и высыхать очень быстро и однородно», — говорит Хун Чжан из Федеральной политехнической школы Лозанны, который является соавтором статьи.

Новая технология также значительно сокращает отходы и, как следствие, уменьшает количество токсичных побочных продуктов, связанных с производством перовскитных фотоэлектрических элементов.

«Прелесть этой техники в том, что многие отрасли промышленности уже используют технологии центрифугирования для производства самых разных продуктов», — говорит Альдо Ди Карло, соавтор статьи и профессор Римского университета Тор Вергата. «Наша работа демонстрирует, что эти существующие технологии могут быть использованы для создания перовскитных солнечных элементов . Это действительно может ускорить производство и развертывание перовскитных солнечных панелей и элементов ».

Участники демонстрационного проекта уже используют новую технику для производства модулей диаметром в десятки сантиметров с превосходной однородностью и производительностью.

«Моя команда сейчас сосредоточена на использовании автоматизации процессов и искусственного интеллекта для продолжения этой работы и дальнейшего повышения эффективности, стабильности и устойчивости перовскитных фотоэлектрических элементов», — говорит Амассиан. «Мы надеемся работать с интересами государственного и частного секторов над поиском способов реализации этой работы и ускорения разработки технологий перовскитных солнечных элементов».

Статья «Стратегия разбавления универсального сорастворителя обеспечивает простое и экономичное изготовление перовскитных фотоэлектрических элементов» опубликована в открытом доступе в журнале Nature Communications.