Печать солнечных панелей как газет: учёные упростили производство гибких перовскитных солнечных панелей
iXBT.com ·
Учёные из Университета Суррея разработали более экологичный способ производства гибких перовскитных солнечных панелей. Новая технология позволяет печатать фотоэлектрические модули при комнатной температуре, используя растворители с пониженной токсичностью. В перспективе её можно будет применять на промышленных линиях для массового выпуска солнечных элементов с меньшим воздействием на окружающую среду.
Одна из главных проблем перовскитных солнечных батарей — использование опасных химикатов при производстве. Для приготовления чернил, из которых формируют светопоглощающие слои, обычно требуются токсичные растворители, в том числе диметилформамид и ацетонитрил. Они представляют угрозу для работников предприятий и создают дополнительную нагрузку на окружающую среду. При этом одна производственная линия мощностью в один гигаватт может расходовать более 90 000 литров токсичных растворителей.
Исследователи предложили заменить традиционные составы чернилами со значительно меньшей токсичностью. В их основе лежит смесь этанола и 2-метилтетрагидрофурана — растворителя, который можно получать из сельскохозяйственных и лесных отходов. Новая формула быстро высыхает и позволяет отказаться от дополнительных этапов обработки с использованием антирастворителей. Это сокращает расход энергии и материалов, а также упрощает производство и обращение с химическими веществами.
Для изготовления панелей учёные использовали технологию нанесения покрытия, совместимую с непрерывной рулонной печатью. Она напоминает печать газет: материал последовательно проходит через производственную линию, что позволяет выпускать большие объёмы продукции.
На основе новой технологии команда изготовила гибкие солнечные мини-модули с активной площадью 11,5 см². Покрытие наносили при комнатной температуре, а затем быстро сушили направленным потоком газа. КПД преобразования солнечного света в электричество превысил 18,2%. При непрерывном освещении модули также продемонстрировали высокую стабильность.
В конструкции использована инвертированная архитектура с самоорганизующимися монослоями, выполняющими роль транспортного слоя для дырок. Это позволяет сократить количество дополнительных промежуточных слоёв. Отдельные солнечные элементы объединяли в единый модуль с помощью лазерной обработки по схеме P1–P4, предназначенной для формирования рисунка промышленных солнечных панелей.
По словам руководителя исследования Рави Силвы, переход на менее токсичные растворители и упрощение этапов нанесения покрытий позволяют сократить потребность в оборудовании для работы с опасными веществами и обработки отходов. При этом технология сохраняет высокую производительность и может быть интегрирована в существующие заводские линии.
В перспективе гибкие перовскитные панели могут использоваться в портативной электронике, энергогенерирующих оконных конструкциях и сверхлёгких солнечных батареях для космических аппаратов. Разработка также способна упростить масштабирование производства солнечных элементов.