Drukowane ogniwa fotowoltaiczne zaliczyły rekordową sprawność

Grupa naukowców z Wielkiej Brytanii i Australii wykonała elastyczne ogniwa fotowoltaiczne R2R o różnych wymiarach, wykorzystując materiały perowskitowe. Zastosowanie perowskitów pozwoliło osiągnąć wysoką sprawność ogniw. Dodatkowo złoto zastąpiono materiałem na bazie węgla, co ma znacząco wpłynąć na redukcję kosztów produkcji ogniw.

Badania finansowane przez Australijską Agencję Energii Odnawialnej (ARENA) koordynowała Organizacja Badań Naukowych i Przemysłowych Wspólnoty Narodów (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation. CSIRO). Prace prowadzili naukowcy z Uniwersytetu w Cambridge, Uniwersytetu Monash, Uniwersytetu w Sydney i Uniwersytetu Nowej Południowej Walii.

Roll-to-roll

Zespół brytyjskich i australijskich naukowców skupił się na produkcji elastycznych ogniw słonecznych, wykorzystując technikę roll-to-roll (R2R). W uproszczeniu polega ona na nanoszeniu „warstw aktywnych” odpowiadających za generowanie ładunku elektrycznego na elastyczną folię przy wykorzystaniu zasad powszechnie stosowanych w przemyśle drukarskim. Technika łączy w sobie wiedzę z zakresu materiałoznawstwa, inżynierii procesowej, chemii i fizyki.

REKLAMA

W ramach prowadzonych prac międzyuczelniana grupa naukowców postanowiła wykonać elastyczne ogniwa R2R o różnych wymiarach, wykorzystując materiały perowskitowe. Za wyborem perowskitów przemawia m.in. to, że można na ich bazie wytwarzać atramenty, które następnie za pomocą druku da się nanosić na folię z tworzywa sztucznego. Następnie taka lekka i elastyczna folia z powodzeniem może znaleźć zastosowania w wielu gałęziach przemysłu.

Jak mówi jeden z przedstawicieli CSIRO w ramach wywiadu dla PV Magazine, technika R2R pozwala na produkcję długich i ciągłych rolek ogniw fotowoltaicznych. Możliwe jest skalowanie produkcji w szybkim tempie dzięki wykorzystaniu know-how z branży poligraficznej.

Wysoka sprawność i redukcja kosztów

Rezultat produkcji i wyniki testów wyprodukowanych ogniw fotowoltaicznych są bardzo zadowalające. W przypadku ogniw o mniejszej powierzchni osiągnięto sprawność 15,5 proc. W przypadku większych ogniw, które ze względu na możliwości wdrożenia na szerszą skalę mają większe znaczenie, sprawność określono na maksymalnym poziomie 11 proc. (prąd wyjściowy na poziomie 19,9 mA, współczynnik wypełnienia (FF) 62,3 proc.).

REKLAMA

Jak ocenia CSIRO, rezultaty są bardzo dobre, a w samej pracy naukowej opisującej proces badawczy mówi się nawet o wartościach rekordowych. Warto dodać, że wprowadzono istotną modyfikację w procesie produkcyjnym. Otóż zrezygnowano ze złota wykorzystywanego dotychczas do produkcji ogniw R2R na rzecz atramentów na bazie węgla. Ma to przełożyć się na znaczącą redukcję kosztów produkcji.

Dane źródłowe podają, że przewidywany koszt produkcji planowanej na terenie Australii wynosi około 0,7 dol./Wp przy utrzymaniu tempa produkcyjnego 1 mln m2/rok. Jednocześnie podkreśla się, że wciąż istnieje duży potencjał do dalszej redukcji kosztów.

Nie zostały natomiast przekazane prognozy degradacji początkowych parametrów ogniw, która ze względu na zastosowanie perowskitów może być znacząca.

Wyniki dotychczasowych prac zostały przedstawione w artykule pt.: „The first demonstration of entirely roll-to-roll fabricated perovskite solar cell modules under ambient room conditions” opublikowanym w czasopiśmie naukowym „Nature Communications”.