Naarmate perovskietzonnecellen efficiëntierecords vestigen en de ontluikende technologie stabieler wordt, een andere grote uitdaging blijft:de kwestie van schaalbaarheid, volgens onderzoekers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Department of Energy.

"Het is schaalbaar, " zei Kai Zhu, een materiaalwetenschappelijk onderzoeker bij NREL. "We hoeven alleen efficiëntie en opbrengst op grote schaal aan te tonen om de technologie buiten het laboratorium te brengen."

Hoofdauteur van een nieuw artikel over Nature Reviews Materials getiteld, "Schaalbare fabricage van perovskiet-zonnecellen, " Zhu en zijn collega's bij NREL beoordeelden de inspanningen om perovskieten van het laboratorium naar het dak te verplaatsen. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Bes, en Maikel van Hest zijn de co-auteurs.

De meeste zonnepanelen die tegenwoordig op de markt zijn, zijn gemaakt van silicium, maar perovskiet-zonnecellen hebben het potentieel om de groei van fotovoltaïsche (PV) productie in de Verenigde Staten te versnellen, omdat ze veel goedkoper zijn om te maken en prestatiepotentieel in het laboratorium hebben laten zien. Perovskieten hebben sneller recordefficiëntieniveaus bereikt dan welke andere zonneceltechnologie dan ook, met het huidige record - afgelopen zomer gecertificeerd - nu op 22,7 procent. Maar de efficiëntie in een perovskiet-zonnecel neemt af naarmate het cel- en modulegebied groter wordt. Een combinatie van factoren wordt toegeschreven aan de daling, inclusief de niet-uniforme coating van chemicaliën in de cel. Ook, wanneer elk type zonnecel wordt samengevoegd om modules te maken, inactieve zones vormen zich tussen cellen waar zonlicht niet wordt omgezet in elektriciteit, waardoor de efficiëntie daalt.

Om een ​​perovskiet-zonnecel te maken in het laboratorium, wetenschappers deponeren chemicaliën op een substraat. Het perovskietmateriaal vormt zich terwijl de chemicaliën kristalliseren. De meest gebruikte depositiemethode in het laboratorium, spincoating genoemd, produceert apparaten met de hoogste efficiëntie, maar het proces verspilt meer dan 90 procent van de gebruikte chemicaliën, de zogenaamde perovskiet-inkt. Spincoating werkt ook het beste op cellen kleiner dan 10 vierkante inch, maar er is geen gemakkelijke manier om deze technologie op een groter oppervlak te kunnen gebruiken.

De NREL-onderzoekers onderzochten mogelijke schaalbare depositiemethoden, inclusief:

• Bladcoating, die een mes gebruikt om de chemische oplossing op substraten te verspreiden om natte dunne films te vormen. Het proces kan worden aangepast voor roll-to-roll fabricage, met flexibele substraten die op een rol bewegen onder een stationair mes, vergelijkbaar met hoe kranten worden gedrukt. Bladcoating verspilt minder inkt dan spincoating.
• Slot-matrijs coating, die vertrouwt op een reservoir om de voorloperinkt te leveren om inkt over het substraat aan te brengen. Het proces is niet zo goed onderzocht als andere methoden en heeft tot nu toe een lagere efficiëntie aangetoond dan bladcoating. Maar de reproduceerbaarheid van slot-die coating is beter dan bladcoating wanneer de inkt goed ontwikkeld is, dus dit is meer van toepassing op roll-to-roll fabricage.
• Inkjet printen, die een klein mondstuk gebruikt om de voorloperinkt te verspreiden. Het proces is gebruikt om kleinschalige zonnecellen te maken, maar of het geschikt is voor de high-volume, productie van grote oppervlakken is afhankelijk van de afdruksnelheid en de apparaatstructuur.

Er zijn andere methoden, zoals elektrodepositie, maar er zijn geen berichten dat dit wordt gebruikt om halide-perovskieten direct neer te zetten in perovskiet-zonnecellen.

Ondanks tal van uitdagingen, indrukwekkende vooruitgang wordt geboekt bij het opschalen van de productie van deze zonnecellen, noteerden de NREL-onderzoekers in de krant. Het nieuwe artikel schetste onderzoek dat moet worden aangepakt om de technologie op te schalen. Een gebied dat in het bijzonder meer aandacht behoeft, is de ideale architectuur van een perovskiet-zonnemodule.

Verschillende studies hebben geschat dat perovskiet-zonnecellen elektriciteit kunnen opwekken tegen lagere kosten dan andere fotovoltaïsche technologieën, hoewel die cijfers gebaseerd zijn op hypothetisch onderzoek. Maar een conclusie die uit de onderzoeken kan worden getrokken, is dat de hoogste inputkosten voor perovskietmodules afkomstig zullen zijn van substraten en elektrodematerialen, wat wijst op een scala aan kansen voor innovatie op deze gebieden.