Ein internationales Forscherteam hat eine Technik zur Herstellung von Perowskit-Photovoltaikmaterialien im industriellen Maßstab demonstriert, die die Kosten senken und die Leistung von massenproduzierten Perowskit-Solarzellen verbessern wird.
Die Technik ist kostengünstig, einfach, energieeffizient und sollte den Weg für die Herstellung von Perowskit-Solarzellen ebnen. Perowskit ist für Solarzellen interessant, weil es Licht sehr effizient absorbiert. Dies ermöglicht die Herstellung leichter, flexibler Solarzellen, die in eine Reihe von Technologien integriert werden können, beispielsweise in Fenster von Gebäuden oder Fahrzeugen.
„Im Labor produzieren Forscher Perowskit-Photovoltaikmaterialien mit einer Technik namens Schleuderbeschichtung, die einen dünnen Movie aus Perowskit auf einem Substrat erzeugt – aber nur in kleinem Maßstab“, sagt Aram Amassian, Mitautor eines Artikels über die Arbeit und Professor für Materialwissenschaft und -technik an der North Carolina State College.
„Wir sprechen von Mustersubstraten, die nur ein oder zwei Quadratzentimeter groß sind. Die Leute hielten es jedoch nicht für möglich, die Schleuderbeschichtung für die Herstellung zu skalieren, indem Substrate von mehreren zehn Quadratzentimetern verwendet werden. Stattdessen haben sich die Leute dafür entschieden für eine Vielzahl anderer Methoden. Aber diese anderen Methoden produzieren Perowskit-Photovoltaik, die nicht so intestine funktioniert wie die dünnen Filme, die durch Schleuderbeschichtung hergestellt werden, und erforderte erhebliche Forschung und Entwicklung.
„Was wir hier getan haben, ist zu demonstrieren, dass man Perowskit-Photovoltaik auf größeren Substraten durch Schleuderbeschichtung herstellen kann, indem man eine Co-Lösungsmittel-Verdünnungsstrategie entwickelt“, sagt Michael Gratzel, Mitautor der Veröffentlichung und Professor an der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne. „Mit anderen Worten, Sie können die Produktion von Photovoltaik hochskalieren und die hervorragende Leistung quick jeder Artwork von Perowskit-Dünnschicht erhalten, die durch Schleuderbeschichtung hergestellt wird.“
In der Vergangenheit dachten die Leute, dass Spin-Coating aufgrund der Natur sowohl von Spin-Coating als auch von Perowskiten nicht verwendet werden könnte, um Perowskit-Photovoltaik auf Substraten im industriellen Maßstab auf materialeffiziente Weise herzustellen.
Schleuderbeschichtung beinhaltet das Aufbringen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche eines Substrats und das anschließende Schleudern des Substrats, so dass sich das flüssige Materials über die Oberfläche verteilt. Wenn Perowskit jedoch mit dieser Technik aufgetragen wird, verdunsten die Lösungsmittel, die den Perowskit in einem flüssigen Zustand halten, nicht schnell genug. Dies führt dazu, dass ein Großteil des Perowskits von den Rändern wegfliegt, was bedeutet, dass viel Perowskitmaterial verschwendet wird. Es führt auch zu einer unregelmäßigen Dicke des Perowskits auf der Oberfläche sowie dazu, dass einige Bereiche des Perowskits länger zum Trocknen brauchen als andere. All dies ist aus fertigungstechnischer Sicht problematisch.
„Unser Ansatz geht diese Herausforderung an, indem er ein Co-Lösungsmittel einführt, das es dem flüssigen Perowskit ermöglicht, sich gleichmäßig zu verteilen und sehr schnell und gleichmäßig zu trocknen“, sagt Hong Zhang von der Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, der Co-Hauptautor des Papiers ist.
Die neue Technik reduziert auch erheblich Abfall und reduziert dadurch giftige Nebenprodukte, die mit der Herstellung von Perowskit-Photovoltaik verbunden sind.
„Das Schöne an dieser Technik ist, dass viele Branchen bereits Schleuderbeschichtungstechnologien verwenden, um alle Arten von Produkten herzustellen“, sagt Aldo Di Carlo, Mitautor der Veröffentlichung und Professor an der Universität Tor Vergata in Rom. „Unsere Arbeit zeigt, dass diese bestehenden Technologien zur Herstellung von Perowskit-Solarzellen verwendet werden könnten. Dies könnte die Produktion und den Einsatz von Perowskit-Solarmodulen und -zellen wirklich beschleunigen.“
Die Mitarbeiter des Demonstrationsprojekts verwenden die neue Technik bereits, um Module mit einem Durchmesser von mehreren zehn Zentimetern mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit und Leistung herzustellen.
„Mein Staff konzentriert sich jetzt darauf, Prozessautomatisierung und künstliche Intelligenz einzusetzen, um auf dieser Arbeit aufzubauen und die Effizienz, Stabilität und Nachhaltigkeit der Perowskit-Photovoltaik weiter zu verbessern“, sagt Amassian. „Wir hoffen, mit Interessen des öffentlichen und privaten Sektors zusammenzuarbeiten, um Wege zu finden, diese Arbeit umzusetzen und die Entwicklung von Perowskit-Solarzellentechnologien zu beschleunigen.“
Forschungsbericht: „Eine universelle Co-Solvent-Verdünnungsstrategie ermöglicht eine einfache und kostengünstige Herstellung von Perowskit-Photovoltaik“
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North Carolina State College
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