太陽電池を薄膜上に印刷して、より安価で効率的な太陽エネルギーを実現

スウォンジー大学2020年7月14日

スウォンジー大学でのペロブスカイト薄膜の 2 段階のロールツーロールコーティング。SPECIFIC プロジェクトの研究者らが印刷太陽電池の記録的な効率レベルを達成しました。 クレジット: SPECIFIC/スウォンジー大学

より安価でより効率的な太陽エネルギーへの重要な一歩。

新しい研究は、フルロールツーロール印刷ペロブスカイト太陽電池（PSC）でこれまでに記録された最高効率を報告し、より安価でより効率的な太陽エネルギー生成方法への重要な一歩を示しています。

トリスタン・ワトソン教授率いるスウォンジー大学のSPECIFICイノベーション・アンド・ナレッジセンターのチームは、スロットダイコーティングされた4層のPSCにロールツーロール製造法を使用したことを報告した。

PSC は 12.2% の安定した出力を実現しました。これは、これまでに 4 層のロールツーロール印刷 PSC で記録された最高効率です。

太陽光発電業界の新参者である PSC は、世界中の研究者から注目を集めています。 効率が現在の市場リーダーであるシリコン太陽光発電 (PV) と同様のレベルに達しており、PSC のスケールアップに注目が集まっています。

印刷された太陽電池を備えた薄い柔軟なフィルムは、より安価でより効率的な太陽エネルギーへの重要な一歩です。スウォンジー大学の研究者は、ペロブスカイト太陽電池の記録的な効率レベルを実証しました。 クレジット: SPECIFIC/スウォンジー大学

高温および高真空蒸着を必要とするシリコン PV とは対照的に、PSC は低温で溶液処理できるため、製造コストが大幅に削減されます。

低温処理により、プラスチック基板を使用してフレキシブルな太陽電池を作成することが可能になります。

溶液処理の機能により、高度に開発されたさまざまな印刷およびコーティング技術を適用する機会が得られます。

これらの利点により、スウォンジー大学の研究者は 4 層の PSC にロールツーロール製造を使用することが可能になりました。

スロット ダイ コーティングには、他の方法に比べていくつかの利点があります。これは、事前に計量される技術であり、コーティング前に湿潤膜の厚さを制御できることを意味します。 また、スプレー塗装やスクリーン印刷に比べて材料のロスが少なく、材料の利用効率が非常に優れています。

必要な有毒溶剤を工業規模で使用するには、安全限界内に保つために大量の空気処理が必要となり、多額の不必要な出費が発生する可能性があります。 このため、アセトニトリルベースのシステムが使用されました。 このシステムは、粘度が低く表面張力が低いため、レオロジー上の利点があり、その結果、より優れたコーティングが得られます。

これに加えて、正孔輸送材料の堆積用にクロロベンゼンに代わって、職場での暴露限界が高い溶媒の 3 成分混合物が導入されました。 この研究では、PSC は 12.2% の安定した電力出力を示しました。これは、4 層のロールツーロール印刷 PSC で報告されている最高効率です。

選択したアーキテクチャの完全な太陽電池には、5 層のコーティングが必要です。 この場合、スロット ダイ コーティングを使用して 4 つの層がコーティングされ、熱蒸着を使用して上部コンタクトが取り付けられました。 下の層を破壊することなく 5 番目 (上部) コンタクトをスロット ダイでコーティングすることはまだ達成されていません。 これを解決すると、完全にロールツーロールで印刷された PSC の製造が可能になります。

このプロジェクトの主任研究者であるSPECIFICのラーフル・パティダール氏は次のように述べています。

「ペロブスカイト太陽電池は、従来の太陽エネルギー生成の効率を高めてコストを下げることを目的としています。ペロブスカイト太陽電池は効率が高く、比較的安価に製造できる可能性があるため、製造方法を改良して大型化することが目的です。」

この研究は商業化に向けた次のステップを意味します。」

この研究は『Sustainable Energy and Fuels』誌に掲載されました。

参考文献：「アセトニトリルベースのシングルステップペロブスカイト溶媒系を使用したロールツーロールスロットダイコーティングされたP-I-Nペロブスカイト太陽電池」Daniel Burkitt、Rahul Patidar、Peter Greenwood、Katherine Hooper、James McGettrick、Stoichko Dimitrov、Matteo Colombo著、Vasil Stoichkov、David Richards、David Beynon、Matthew Davies、Trystan Watson、2020 年 5 月 4 日、持続可能なエネルギーと燃料。DOI: 10.1039/D0SE00460J

SPECIFIC イノベーション & ナレッジ センターは、太陽エネルギーを利用して建物内で熱と電気を生成、貯蔵、放出するさまざまな技術を開発することにより、建物からの炭素排出量を削減することを目指しています。 このセンターは、基礎的な実験科学から建物での本格的なデモンストレーションまであらゆる規模で活動し、業界パートナーと協力して新技術を市場に投入します。 SPECIFIC はスウォンジー大学が主導し、ウェールズ政府、Innovate UK、EPSRC を通じて欧州地域開発基金から資金提供を受けています。