Завдяки винахідникам з Університету Торонто фотоелементи можна буде друкувати на принтері, наче газету. Команда дослідників на чолі з Др. Хайреном Таном подолала ключову перешкоду на шляху до промислового виробництва нового класу сонячних комірок на основі мінералу перовськіту. Розроблена ними технологія потенційно дозволяє покрити дешевими сонячними панелями майже будь-яку поверхню, перетворюючи її в генератор енергії.
«До виготовлення сонячних елементів з перовськіту можна пристосувати технології, які вже усталені в друкарській індустрії. Як наслідок, можна отримати фотоелектричні перетворювачі дуже низької вартості», – стверджує експерт із сонячної енергетики Тед Серджент.
Сьогодні майже всі комерційні сонячні елементи виготовляють з тонких зрізів кристалічного кремнію, які піддають додатковій обробці, щоб досягнути дуже високої чистоти. Це – енерговитратний процес, який потребує високих температур (понад 1,000 С) та великої кількості шкідливих розчинників. Натомість фотоелементи з перовськіту виготовляють з невеликих світлочутливих кристалів, кожен з яких приблизно у тисячу разів менший за людську волосинку. Ці кристали можна змішати з рідиною, а отриманий аналог «сонячного чорнила» нанести на скло, пластмасу чи інші матеріали за допомогою звичайної технології струменевого друку.
Досі, однак, на шляху до цього була значна перешкода: електрони, збуджені сонячним світлом, мусять вийти за межі кристалу, щоб перетворитись у струм і вільно рухатись крізь контур. Їх видобування з кристалу відбувається у спеціальному шарі, що називається електронним селективним шаром (ESL). Складність виготовлення ESL досі була одним з найбільших викликів, що стримував розробку перовськітових фотоелектричних перетворювачів.
«Щоб виготовити ESL, спеціальний порошок потрібно запікати при температурі 500 С. Ви не можете просто нанести його на шар гнучкого пластику, адже він розплавиться», – пояснює Хайрен Тан.
Команда під керівництвом Тана винайшла хімічну реакцію, яка дозволяє наносити розчин з наночастками ESL прямо на поверхню електроду. Причому увесь процес відбувається за температури 150 С, що менше, ніж температура плавлення багатьох пластмас. Ззовні наночастки покриті шаром атомів хлору, які дозволяють їм ефективно приєднуватися до перовськіту і «витягати» з нього електрони. У статті, нещодавно опублікованій у Science, Тан та його колеги повідомляють, що ефективність фотоелементів, створених на основі цього нового методу, становить 20,1%.
«Це один з найкращих показників для процесів низькотемпературної обробки», – каже науковець. Перовськітові сонячні батареї на основі старого методу високотемпературної обробки лише трошки ефективніші (22,1%), а ефективність навіть найкращих кремнієвих фотоелементів не перевищує 26,3%.
Іншою перевагою є стабільність. В багатьох перевськітових сонячних батарей відбувається значний спад в продуктивності одразу після кількох годин роботи, але батареї Тана зберегли понад 90% ефективності навіть після 500 годин використання.
Printable solar cells just got a little closer
ScienceDaily, 16/02/2016
Зреферував Євген Ланюк
17.02.2017