Простые и универсальные чернила на основе наночастиц могут помочь в масштабной печати перовскитных солнечных элементов следующего поколения и стать доминирующей силой в коммерческой фотоэлектрической энергетике.
Изготовленные из оксида олова чернила создаются всего за один ключевой этап при относительно низкой температуре с использованием микроволновой технологии и без какой-либо дополнительной очистки. Затем он используется в солнечных элементах, чтобы помочь избирательно транспортировать электроны, что является важным шагом в производстве электроэнергии.
Прототипы устройств, построенных с использованием этого метода, показали эффективность преобразования энергии 18%, что является одним из лучших показателей эффективности для перовскитного солнечного элемента с планарной структурой, обработанного при низких температурах.
Чернила подходят для изготовления различных типов перовскитных солнечных элементов, в том числе со стеклом, и для печати на пластике, что можно делать дешево и в больших объемах. Этот метод, называемый рулонным покрытием, похож на способ печати газет.
В чернилах средний размер каждой частицы можно контролировать, чтобы он оставался в пределах от 5 до 10 нанометров. Для сравнения: лист бумаги имеет толщину 100 000 нанометров, а ваши ногти растут на один нанометр каждую секунду.
Солнечные элементы из перовскита уже конкурируют по эффективности со своими известными кремниевыми аналогами, они также более гибкие и требуют меньше энергии для производства.
Проблемы с долговечностью и некоторые препятствия в производственном процессе до сих пор не позволяли этим интересным материалам обогнать кремний.
Однако теперь исследователи из Центра передового опыта ARC в области экситонной науки, работающие с австралийским национальным научным агентством CSIRO, возможно, нашли ответ на некоторые из этих проблем с помощью своих чернил на основе наночастиц оксида олова.
Результаты работы, получившей финансирование от Австралийского агентства по возобновляемым источникам энергии (ARENA), опубликованы в журнале Chemistry of Materials.
Главный научный сотрудник CSIRO доктор Дуджин Вак говорит, что «солнечные элементы из перовскита могут быть изготовлены с помощью промышленной печати. Хотя этот процесс по своей природе является дешевым, стоимость каждого компонента по-прежнему имеет значение. Эта работа демонстрирует отличный способ внести свой вклад в сверхнизкие — стоимость производства перовскитных солнечных элементов в будущем».
Важно, чтобы чернила из наночастиц можно было производить с помощью микроволн, потому что методы прямой высокотемпературной обработки гибких подложек солнечных элементов вызывают деградацию, что ограничивает коммерческий потенциал пригодных для печати перовскитных солнечных элементов.
Профессор Университета Монаша Яцек Ясеняк, старший автор статьи, говорит, что «использование микроволн для синтеза подходящих чернил на основе наночастиц является важным шагом вперед к созданию высокоэффективных перовскитных солнечных элементов , которые можно воспроизводимо печатать, а также минимизировать затраты на производство».
Другие синтетические подходы к оксиду олова требуют высокого давления , высоких температур кипения, а также могут потребовать нескольких стадий обработки, что исключает возможность конкуренции за рентабельное производство в промышленных и коммерческих масштабах.
Использование оксидов металлов , а не органических ингредиентов, на которые отрицательно воздействует воздух и влага, также продлевает срок службы конечных перовскитовых солнечных элементов .
Оксид олова не только более долговечен, чем сопоставимые 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 приложений.
