Stampa di celle solari su film sottili per un'energia solare più economica ed efficiente

Di Swansea University, 14 luglio 2020

Rivestimento roll-to-roll in due fasi di film sottili di perovskite presso l'Università di Swansea, dove i ricercatori del progetto SPECIFIC hanno raggiunto livelli di efficienza record per le celle solari stampate. Credito: SPECIFIC/Università di Swansea

Un passo fondamentale verso un’energia solare più economica ed efficace.

Un nuovo studio riporta la più alta efficienza mai registrata per le celle solari in perovskite stampate roll-to-roll (PSC), segnando un passo fondamentale verso modi più economici ed efficienti di generare energia solare.

Un team dello SPECIFIC Innovation and Knowledge Centre dell'Università di Swansea, guidato dal professor Trystan Watson, ha riferito di aver utilizzato un metodo di fabbricazione roll-to-roll per quattro strati di PSC rivestiti con slot-die.

I PSC hanno fornito una potenza in uscita stabile del 12,2%: l'efficienza più alta registrata fino ad oggi per quattro strati di PSC stampati roll-to-roll.

Nuovi arrivati ​​nel settore fotovoltaico, i PSC hanno attirato una notevole attenzione da parte dei ricercatori di tutto il mondo. Con l’efficienza che raggiunge livelli simili a quelli del fotovoltaico al silicio (PV), l’attuale leader di mercato, l’attenzione è stata spostata verso l’upscaling dei PSC.

I film sottili e flessibili con celle solari stampate rappresentano un passo fondamentale verso un'energia solare più economica ed efficiente: i ricercatori dell'Università di Swansea hanno dimostrato livelli di efficienza record per le celle solari alla perovskite. Credito: SPECIFIC/Università di Swansea

A differenza del fotovoltaico al silicio, che richiede deposizioni ad alta temperatura e sotto vuoto elevato, i PSC possono essere processati in soluzione a bassa temperatura, il che riduce significativamente i costi di produzione.

La lavorazione a bassa temperatura consente di utilizzare substrati plastici per creare celle solari flessibili.

La capacità di elaborare soluzioni offre l'opportunità di applicare varie tecniche di stampa e rivestimento ben sviluppate:

Questi vantaggi hanno consentito ai ricercatori dell'Università di Swansea di utilizzare la produzione roll-to-roll per quattro strati di PSC.

Il rivestimento con matrice a fessura offre numerosi vantaggi rispetto alle alternative: è una tecnica pre-dosata, il che significa che lo spessore del film umido può essere controllato prima del rivestimento. È inoltre altamente efficiente nell'utilizzo del materiale, con una perdita minima di materiale rispetto al rivestimento a spruzzo o alla serigrafia.

L'utilizzo dei necessari solventi tossici su scala industriale richiede un notevole trattamento dell'aria per rimanere entro i limiti di sicurezza, il che può comportare spese significative e inutili. Per questo motivo è stato utilizzato un sistema a base di acetonitrile. Questo sistema presenta un vantaggio reologico dovuto alla bassa viscosità e alla bassa tensione superficiale, che si traduce in rivestimenti migliori.

Insieme a questo, è stata introdotta una miscela ternaria di solventi con limiti di esposizione sul posto di lavoro elevati, in sostituzione del clorobenzene per la deposizione del materiale di trasporto dei fori. In questa ricerca, i PSC hanno fornito una potenza in uscita stabile del 12,2%, che è l'efficienza più alta riportata per quattro strati di PSC stampati roll-to-roll.

Una cella solare completa per l'architettura scelta richiede il rivestimento di cinque strati. In questo caso, quattro strati sono stati rivestiti utilizzando il rivestimento slot-die e il contatto superiore è stato applicato mediante evaporazione termica. Non è stato ancora ottenuto il rivestimento con slot-die del quinto contatto (superiore) senza distruggere gli strati sottostanti. Risolvere questo problema consentirebbe la produzione di un PSC completamente stampato roll-to-roll.

Rahul Patidar di SPECIFIC, ricercatore capo del progetto, ha dichiarato:

"Le celle solari alla perovskite mirano ad aumentare l'efficienza e ridurre i costi della tradizionale generazione di energia solare. Hanno il potenziale per essere altamente efficienti e relativamente economiche da produrre, quindi l'obiettivo è migliorare i metodi di fabbricazione per l'upscaling.

Questo studio rappresenta il prossimo passo verso la commercializzazione."

La ricerca è stata pubblicata su Sustainable Energy and Fuels.

Riferimento: "Celle solari di perovskite P-I-N rivestite con slot-die roll-to-roll utilizzando un sistema solvente di perovskite a passaggio singolo basato su acetonitrile" di Daniel Burkitt, Rahul Patidar, Peter Greenwood, Katherine Hooper, James McGettrick, Stoichko Dimitrov, Matteo Colombo , Vasil Stoichkov, David Richards, David Beynon, Matthew Davies e Trystan Watson, 4 maggio 2020, Energia sostenibile e combustibili.DOI: 10.1039/D0SE00460J