Создание ультратонких солнечных ячеек с помощью струйной печати

«Струйная печать - это отдельная наука». «Необходимо преодолеть межмолекулярные силы внутри картриджа и в самих чернилах, чтобы выпустить очень мелкие капли из очень маленького сопла»

Продолжают открываться новые горизонты, связанные с достижениями в области технологий создания солнечных элементов, в которых в качестве светопоглощающего слоя используется органический полимерный материал, а не кремний.

Исследователи из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии сообщили, что, используя струйную печать, они создали органические солнечные ячейки, которые настолько легкие и гибкие, что могут удерживаться на поверхности мыльного пузыря.

Сверхлегкие органические солнечные элементы обычно изготавливаются методом центрифугирования или термического испарения, что предполагает использование в качестве электродов прозрачного и проводящего материала, называемого оксидом индия-олова (ITO). Однако ITO такой хрупкий, что технология производства с его помощью солнечных элементов практически не поддается масштабированию.

И в этом применении струйная печать оказывается удивительно привлекательным вариантом для производства солнечных элементов без использования ITO.

Исследователи использовали метод модификации чернил для печати из полимера, называемого PEDOT: PSS с помощью связывающего агента, чтобы химическим способом изменить структуру электродного слоя. В сочетании с последующей обработкой плазмой и применением растворителей, такой подход предотвращает образование шунтов и обеспечивает формирование точного рисунка солнечных ячеек.

Слои электродов заключили в светулавливающий органический фотоэлектрический материал. Полученное устройство сверху и снизу они покрыли гибким и водонепроницаемым защитным полимером, называемым париленом.

Струйная печать - обычное дело, но проблема заключалась в разработке функциональных чернил, которые можно было бы использовать для создания таких крошечных солнечных элементов.

«Струйная печать - это отдельная наука». «Необходимо преодолеть межмолекулярные силы внутри картриджа и в самих чернилах, чтобы выпустить очень мелкие капли из очень маленького сопла».

«Растворители также играют важную роль после нанесения чернил, поскольку их высыхание влияет на качество образующейся пленки».

Получив необходимый состав чернил для печати каждого электродного слоя, для проверки производительности солнечных элементов их напечатали на стекле.

Исследователи утверждают, что они увеличили эффективность преобразования энергии (PCE) для полностью напечатанных солнечных элементов до 4,73%, побив предыдущий рекорд в 4,1%. Напечатанная солнечный элемент сохраняет свои свойства после воздействия на него в течение 6 часов пресной и морской водой или физиологическим раствором с фосфатным буфером, открывая путь для интеграции ячеек в более сложные структуры биологических систем.

Связанная статья журнала Advanced Materials:

https://doi.org/10.1002/admt.202000226

Источник: Cosmos