Impressão de células solares em filmes finos para energia solar mais barata e eficiente

Por Swansea University, 14 de julho de 2020

Revestimento rolo a rolo em duas etapas de filmes finos de perovskita na Swansea University, onde pesquisadores do projeto SPECIFIC alcançaram níveis recordes de eficiência para células solares impressas. Crédito: SPECIFIC/Swansea University

Passo fundamental para uma energia solar mais barata e eficaz.

Um novo estudo relata a maior eficiência já registrada para células solares de perovskita totalmente impressas rolo a rolo (PSCs), marcando um passo fundamental no caminho para formas mais baratas e eficientes de geração de energia solar.

Uma equipe do SPECIFIC Innovation and Knowledge Center da Swansea University, liderada pelo professor Trystan Watson, relatou o uso de um método de fabricação rolo a rolo para quatro camadas de PSCs revestidos com moldes ranhurados.

Os PSCs forneceram uma saída de energia estável de 12,2% — a maior eficiência registrada para quatro camadas de PSCs impressos rolo a rolo até o momento.

Um recém-chegado à indústria fotovoltaica, os PSCs atraíram atenção notável de pesquisadores em todo o mundo. Com a eficiência atingindo níveis semelhantes aos da energia fotovoltaica (PV) de silício, atual líder de mercado, a atenção foi desviada para o aumento de escala dos PSCs.

Filmes flexíveis finos com células solares impressas são um passo fundamental para uma energia solar mais barata e eficiente - pesquisadores da Swansea University demonstraram níveis recordes de eficiência para células solares de perovskita. Crédito: SPECIFIC/Swansea University

Em contraste com o PV de silício, que requer deposições de alta temperatura e alto vácuo, os PSCs podem ser processados ​​em solução a baixa temperatura, o que reduz significativamente o custo de fabricação.

O processamento em baixa temperatura possibilita o uso de substratos plásticos para criar células solares flexíveis.

A capacidade de processo de solução oferece a oportunidade de aplicar várias técnicas de impressão e revestimento bem desenvolvidas:

Essas vantagens possibilitaram que os pesquisadores da Swansea University usassem a fabricação rolo a rolo para quatro camadas de PSCs.

O revestimento Slot-die oferece várias vantagens sobre as alternativas: é uma técnica pré-medida, o que significa que a espessura do filme úmido pode ser controlada antes do revestimento. Também é altamente eficiente no uso de material, com perda mínima de material em comparação com revestimento por spray ou serigrafia.

Usar os solventes tóxicos necessários em escala industrial requer muito tratamento de ar para ficar abaixo dos limites de segurança, o que pode gerar gastos significativos e desnecessários. Por este motivo, foi utilizado um sistema à base de acetonitrila. Este sistema tem uma vantagem reológica devido à baixa viscosidade e baixa tensão superficial, o que resulta em melhores revestimentos.

Junto com isso, foi introduzida uma mistura ternária de solventes de alto limite de exposição no local de trabalho, substituindo o clorobenzeno para a deposição de material de transporte de furos. Nesta pesquisa, os PSCs forneceram a saída de energia estável de 12,2%, que é a maior eficiência relatada para quatro camadas de PSCs impressos rolo a rolo.

Uma célula solar completa para uma arquitetura escolhida requer o revestimento de cinco camadas. Neste caso, quatro camadas foram revestidas usando revestimento slot-die e o contato superior foi colocado usando evaporação térmica. O revestimento do quinto contato (superior) sem destruir nenhuma camada abaixo ainda não foi alcançado. Resolver isso permitiria a fabricação de um PSC impresso totalmente rolo a rolo.

Rahul Patidar da SPECIFIC, pesquisador principal do projeto, disse:

"As células solares de perovskita visam aumentar a eficiência e reduzir o custo da geração tradicional de energia solar. Elas têm potencial para serem altamente eficientes e relativamente baratas de fabricar, portanto, o objetivo é melhorar os métodos de fabricação para aumentar a escala.

Este estudo significa o próximo passo para a comercialização."

A pesquisa foi publicada na revista Sustainable Energy and Fuels.

Referência: "Células solares de perovskita P–I–N revestidas com matriz de ranhura rolo a rolo usando sistema solvente de perovskita de passo único baseado em acetonitrila” por 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 de maio de 2020, Energia e Combustíveis Sustentáveis. DOI: 10.1039/D0SE00460J