Een eenvoudige en veelzijdige inkt van nanodeeltjes zou kunnen helpen om perovskiet-zonnecellen van de volgende generatie op grote schaal te printen en de dominante kracht te worden in commerciële fotovoltaïsche energie.

Gemaakt van tinoxide, wordt de inkt gemaakt met slechts één belangrijke stap bij relatief lage temperatuur met behulp van microgolftechnologie, en zonder dat verdere zuivering nodig is. Het wordt vervolgens gebruikt in zonnecellen om selectief elektronen te transporteren, een cruciale stap bij het opwekken van elektriciteit.

Prototype-apparaten die met deze methode zijn gebouwd, hebben een energieconversie-efficiëntie van 18% geregistreerd, wat een van de beste efficiënties is voor een planair gestructureerde perovskiet-zonnecel die bij lage temperaturen wordt verwerkt.

De inkt is geschikt voor het maken van verschillende soorten perovskiet zonnecellen, onder meer met glas en voor het printen op plastic, wat bij hoge volumes goedkoop kan. Deze techniek, roll-to-roll coating genoemd, is vergelijkbaar met de manier waarop kranten worden gedrukt.

Binnen het inktproduct kan de gemiddelde grootte van elk deeltje worden gecontroleerd om tussen slechts vijf en 10 nanometer te blijven. Om dat in context te plaatsen:een vel papier is 100.000 nanometer dik en je vingernagels groeien elke seconde een nanometer.

Perovskiet-zonnecellen wedijveren al met de efficiëntie van hun gevestigde siliciumtegenhangers, en ze zijn ook flexibeler en hebben minder energie nodig om te maken.

Problemen met de duurzaamheid op de lange termijn en enkele hindernissen in het productieproces hebben tot nu toe verhinderd dat deze opwindende materialen silicium inhalen.

Maar nu hebben onderzoekers van het ARC Centre of Excellence in Exciton Science, in samenwerking met het Australische nationale wetenschapsbureau CSIRO, mogelijk een antwoord gevonden op sommige van deze uitdagingen met hun tinoxide-nanodeeltjesinkt.

De resultaten van het werk, dat werd gefinancierd door de Australian Renewable Energy Agency (ARENA), zijn gepubliceerd in het tijdschrift Chemistry of Materials .

Dr. Doojin Vak, hoofdonderzoeker van CSIRO, zegt dat "perovskiet-zonnecellen kunnen worden vervaardigd door middel van industrieel printen. Hoewel het proces inherent goedkoop is, tellen de kosten van elk onderdeel nog steeds mee. Dit werk demonstreert een geweldige manier om bij te dragen aan ultra-lage -kosten fabricage van perovskiet zonnecellen in de toekomst."

Het is belangrijk dat de inkt van nanodeeltjes kan worden gemaakt met microgolven, omdat directe verwerkingsmethoden bij hoge temperaturen van flexibele zonnecelsubstraten degradatie veroorzaken, waardoor het commerciële potentieel van bedrukbare perovskiet-zonnecellen wordt beperkt.

Professor Jacek Jasieniak van de Monash University, de hoofdauteur van het artikel, zegt dat "het gebruik van microgolven om geschikte inkten voor nanodeeltjes te synthetiseren een grote stap voorwaarts is in de richting van het bereiken van perovskiet-zonnecellen met een hoog rendement die reproduceerbaar kunnen worden geprint en tegelijkertijd de fabricagekosten tot een minimum kunnen beperken."

Andere synthetische benaderingen voor tinoxide vereisen hoge druk, hoge kookpunten en kunnen ook meerdere verwerkingsstappen nodig hebben, waardoor ze uitgesloten zijn voor kosteneffectieve productie op industriële en commerciële schaal.

Het gebruik van metaaloxiden in plaats van organische ingrediënten, die negatief worden beïnvloed door lucht en vocht, verlengt ook de levensduur van de uiteindelijke perovskiet-zonnecelapparaten.

Tinoxide is niet alleen duurzamer dan vergelijkbare biologische ingrediënten, het heeft ook een brede bandafstand en bevordert efficiënt elektronentransport, eigenschappen die het geschikt maken voor verschillende soorten zonnecellen en andere opto-elektronische toepassingen. + Verder verkennen

Een heroverweging van de bouwstenen voor zonnepanelen kan massaproductie helpen