Газетный тираж для энергетики: учёные нашли способ упростить выпуск гибких перовскитных солнечных панелей

Специалисты Университета Суррея создали более безопасный для окружающей среды метод изготовления гибких перовскитных солнечных панелей. Фотоэлектрические модули по этой технологии печатаются при комнатной температуре, причём вместо опасных веществ применяются растворители с заметно меньшей токсичностью. В дальнейшем подход можно будет внедрить на промышленных линиях, чтобы выпускать солнечные элементы в больших объёмах и с меньшим экологическим следом.

Одним из главных препятствий для развития перовскитной фотовольтаики остаётся применение опасных реагентов. Чтобы получить чернила для светопоглощающих слоёв, как правило, нужны токсичные растворители, такие как диметилформамид и ацетонитрил. Они опасны для персонала заводов и увеличивают нагрузку на природу. Всего одна производственная линия мощностью в гигаватт способна потреблять свыше 90 000 литров подобных веществ.

Авторы работы предложили вместо привычных составов использовать чернила с существенно меньшей токсичностью. Их основу образует смесь этанола и 2-метилтетрагидрофурана, который можно получать из отходов сельского и лесного хозяйства. Новый состав быстро сохнет и не требует дополнительных операций с антирастворителями. Благодаря этому снижаются затраты энергии и материалов, а производство становится проще, как и работа с химикатами.

Для создания панелей исследователи выбрали метод нанесения покрытия, который подходит для непрерывной рулонной печати. По принципу он схож с газетной типографией: материал движется по линии без остановок, что даёт возможность выпускать продукцию в больших количествах.

С помощью этой технологии коллектив изготовил гибкие мини-модули с активной площадью 11,5 см². Слои наносились при комнатной температуре, после чего их быстро сушили направленной струёй газа. КПД преобразования солнечного света в электроэнергию превысил 18,2%. Кроме того, при длительном непрерывном освещении модули показали хорошую стабильность.

В конструкции применена инвертированная архитектура с самоорганизующимися монослоями, которые служат транспортным слоем для дырок. Такое решение уменьшает число дополнительных промежуточных слоёв. Отдельные элементы соединяли в цельный модуль лазерной обработкой по схеме P1–P4, которая используется при формировании рисунка промышленных солнечных панелей.

Как отметил руководитель исследования Рави Силва, отказ от высокотоксичных растворителей и более простые этапы нанесения покрытий уменьшают потребность в оборудовании для работы с опасными веществами и в системах утилизации отходов. При этом технология не теряет в производительности и совместима с уже действующими заводскими линиями.

В будущем гибкие перовскитные панели могут найти применение в портативной электронике, окнах, вырабатывающих энергию, и сверхлёгких солнечных батареях для космической техники. Кроме того, разработка способна облегчить масштабирование производства солнечных элементов.