Прецизионное покрытие распылением может позволить солнечным элементам повысить производительность и стабильность

Хотя перовскиты являются многообещающей альтернативой кремнию, используемому для изготовления большинства современных солнечных элементов, необходимы новые производственные процессы, чтобы сделать их практичными для коммерческого производства. Чтобы помочь заполнить этот пробел, исследователи разработали новый прецизионный метод нанесения покрытия распылением, который позволяет создавать более сложные конструкции перовскитных солнечных элементов и может быть расширен для массового производства.

Перовскиты перспективны для солнечных батарей следующего поколения, потому что они поглощают свет и преобразуют его в энергию с большей эффективностью и потенциально более низкими производственными затратами, чем у кремния. Перовскиты могут даже распыляться на стекло для создания энергетически эффективных окон.

“Наша работа демонстрирует процесс осаждения перовскита слой за слоем с контролируемой толщиной и скоростью осаждения для каждого слоя”, – сказал руководитель исследовательской группы Понсакорн Канянабос из Школы материаловедения и инноваций, факультета науки, Университета Махидол в Таиланде. – “Этот новый метод позволяет штабелировать конструкции для солнечных элементов с лучшими характеристиками и стабильностью”.

В журнале “Оптическое общество” (OSA) “Optical Materials Express” Канянабос и его коллеги описывают свой новый метод нанесения покрытия распылением, называемый последовательным нанесением распылением, и показывают, что его можно использовать для создания многослойного перовскита. Применение различных перовскитных материалов в каждом слое может позволить настроить функцию устройства или способность соответствовать определенным требованиям к производительности и стабильности.

Лучший способ распыления

Одним из преимуществ перовскитов является то, что они перерабатываются в растворе, а это означает, что солнечный элемент получают сушкой жидкого перовскита в твердом теле при низкой температуре. Этот процесс изготовления намного проще и дешевле, чем изготовление традиционного кремниевого солнечного элемента, процесса, который требует очень высоких температур и резки твердого материала на пластины.

Однако процесс растворения, обычно используемый для изготовления перовскитов, не допускает многослойных конструкций, поскольку верхний слой имеет тенденцию растворять уже высушенный нижний слой. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи обратились к процессу, известному как последовательное распыление, при котором крошечные капли материала наносятся на поверхность.

Попробовав различные способы нанесения покрытия распылением, они нашли тот, который работал при температуре около 100 ° C. Затем они оптимизировали параметры распыления, чтобы крошечные капли высыхали и кристаллизовались в твердый перовскит сразу после контакта с уже высушенным нижним слоем.

Сборка многослойного устройства

“Благодаря процессу нанесения покрытия распылением раствор верхнего слоя не нарушает сплошную пленку, составляющую первый слой”, – сказал Понсакорн. – “Бесконечные комбинации сложенных перовскитовых архитектур с любым количеством слоев могут быть спроектированы и созданы с точным контролем толщины и скорости осаждения для каждого слоя”.

Исследователи продемонстрировали эту методику, нанеся перовскитный материал с высокой стабильностью на другой перовскитный материал с лучшими электрическими свойствами. Это двухслойное полупрозрачное перовскитное устройство показало четко определенные слои и одновременно достигло высокой производительности и хорошей стабильности.

Исследователи планируют использовать новый подход для создания многослойных перовскитных устройств с новыми функциями и комбинациями производительности и стабильности, которые были невозможны ранее.

По материалам Techxplore