Друковані сонячні батареї стають на крок ближче

Завдяки винахідникам з Університету Торонто фотоелементи можна буде друкувати на принтері, немов газету. Команда дослідників на чолі з Ін. Хайреном Таном подолала ключову перешкоду на шляху до промислового виробництва нового класу сонячних комірок на основі мінералу перовскіту.
Розроблена ними технологія потенційно дозволяє покрити дешевими сонячними панелями майже будь-яку поверхню, перетворюючи її в генератор енергії.
«До виготовлення сонячних елементів з перовскіту можна пристосувати технології, які вже є усталеними в друкарської індустрії. Як наслідок, можна отримати фотоелектричні перетворювачі дуже низької вартості», – стверджує експерт по сонячній енергетиці Тед Серджент.
Сьогодні майже всі комерційні сонячні елементи виготовляють з тонких зрізів кристалічного кремнію, які піддають додатковій обробці, щоб досягти дуже високої чистоти. Це – енергозатратний процес, який вимагає високих температур (понад 1,000 С) і великої кількості шкідливих розчинників. Зате фотоелементи з перовскіту виготовляють з невеликих світлочутливих кристалів, кожен з яких приблизно в тисячу разів менше, ніж людський волос. Ці кристали можна змішати з рідиною, а отриманий аналог «сонячного чорнила» нанести на скло, пластмасу або інші матеріали за допомогою звичайної технології струменевого друку.
Досі, однак, на шляху до цього була значна перешкода: електрони, порушені сонячним світлом, повинні вийти за межі кристала, щоб перетворитися в струм і вільно рухатися крізь контур. Їх видобуток з кристала відбувається в спеціальному шарі, який називається електронним селективним шаром (ESL). Складність виготовлення ESL досі була одним з найбільших викликів, що стримувало розробку перовскитовых 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 наночастинками ESL прямо на поверхню електрода. Причому весь процес відбувається при температурі 150 С, що менше, ніж температура плавлення багатьох пластмас. Зовні наночастинки покриті шаром атомів хлору, які дозволяють їм ефективно приєднуватися до перовскиту і «витягати» з нього електрони. У статті, нещодавно опублікованій в Science, Тан і його колеги повідомляють, що ефективність фотоелементів, створених на основі цього нового методу, становить 20,1%.
«Це один з кращих показників для процесів низькотемпературної обробки», – говорить учений. Перовскитовые сонячні батареї на основі старого методу високотемпературної обробки лише трохи ефективніше (22,1%), а ефективність навіть кращих кремнієвих фотоелементів не перевищує 26,3%.
Іншою перевагою є стабільність. У багатьох перевскитовых сонячних батарей відбувається значний спад продуктивності відразу після декількох годин роботи, але батареї Тана зберегли понад 90% ефективності навіть після 500 годин використання.