- Die Universität Surrey hat eine umweltfreundliche Methode zur Herstellung von Perowskit-Solarzellen entwickelt.
- Die neue Methode verwendet ungiftige Lösungsmittel und reduziert den Einsatz schädlicher Chemikalien.
- Flexible Solarzellen erreichen eine Umwandlungseffizienz von über 18,2 %.
- Die Technologie kann in bestehende Produktionslinien integriert werden und unterstützt eine großflächige Bereitstellung.
Eine neuartige, umweltfreundliche und ungiftige Methode könnte helfen, flexible Perowskit-Solarzellen im industriellen Maßstab herzustellen, indem sie die Roll-to-Roll-Drucktechnik nutzt. Die Universität Surrey hat diese sichere Methode zur Produktion leistungsfähiger Perowskit-Solarmodule vorgestellt. Die Methode verwendet eine ungiftige, biologisch abgeleitete Lösungsmittel-Formulierung, die bei Raumtemperatur arbeitet und den Einsatz schädlicher industrieller Chemikalien reduziert. Dieser Prozess nutzt eine kontinuierliche Drucktechnik, die der Zeitungsdrucktechnik ähnelt, und könnte eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Massenproduktion ermöglichen. Professor Ravi Silva, herausragender Professor, Direktor des Advanced Technology Institute (ATI) und Leiter des Nanoelectronics Centre an der Universität Surrey, erklärte: „Die potenziellen Auswirkungen unserer innovativen Technologie gehen über die bloße Ersetzung schädlicher Lösungsmittel hinaus.
Ein Prozess, der auf leicht verwendbaren ungiftigen Lösungsmitteln und einfacheren Beschichtungsschritten basiert, reduziert den Bedarf an Lösungsmittelbehandlung, Abfallentsorgung und damit verbundenen Sicherheitsinfrastrukturen.
Neue Methode reduziert schädliche Chemikalien
Leichte, flexible Perowskit-Solarzellen gelten seit langem als potenzieller Ersatz für Silizium-Module. Doch schädliche Produktionsprozesse haben ihr kommerzielles Potenzial behindert. In der Regel erfordert die Herstellung von druckbaren Perowskit-Tinten eine große Menge giftiger Lösungsmittel, darunter Dimethylformamid und Acetonitril. Diese Chemikalien gefährden die Sicherheit der Fabrikarbeiter und verursachen erhebliche Umweltbelastungen. Erstaunlicherweise kann eine einzige Gigawatt-Produktionslinie über 90.000 Liter giftiger Lösungsmittel verbrauchen. Nun wird diese chemische Barriere allmählich durchbrochen. Die Forscher haben schädliche traditionelle Chemikalien verworfen und ein Tinten-System mit „signifikant reduzierter Toxizität“ (SRT) entwickelt, das auf biologisch abgeleiteten Komponenten basiert.
Das Team kombinierte Ethanol und 2-Methyl-Tetrahydrofuran, um eine schnell trocknende Formulierung zu schaffen, die ein umweltfreundliches Lösungsmittel aus landwirtschaftlichen und forstwirtschaftlichen Abfällen ist. Diese biologisch abgeleitete Mischung beseitigt den Bedarf an Lösungsmittelbehandlungsprozessen, spart Energie und schützt die Rohstoffe während des Herstellungsprozesses.
Hohe Effizienz und Umweltfreundlichkeit
Grüne Produktion bedeutet nicht, dass man auf Leistung verzichten muss. Das Team verwendete eine Streifenbeschichtungsmethode, die mit der Roll-to-Roll-Technologie kompatibel ist, um Solar-Mini-Module mit einer aktiven Fläche von 11,5 cm² zu drucken. Diese flexiblen Paneele, die bei Raumtemperatur beschichtet und mit schneller Gasstrahl-Trocknung behandelt wurden, erreichten eine Umwandlungseffizienz von über 18,2 %, während sie unter kontinuierlicher Beleuchtung stabil blieben. Diese Mini-Module verwenden eine umgekehrte Struktur, wobei die Streifenbeschichtung als Lochtransport-Schicht fungiert, was den Bedarf an zusätzlichen Zwischenschichten reduziert. Laut der Studie verwendete das Team einen laserbasierten P1- bis P4-Ätzprozess, um einzelne Solarzellen-Einheiten zu verbinden, um die Musterung für industrielle Module zu erleichtern.
Zukunftspotenzial der industriellen Integration
Die wissenschaftliche Arbeit weist weiter darauf hin, dass die Entwicklung umweltfreundlicher Lösungsmittel getestet wurde, die mit der gasgestrahlten Streifenbeschichtungsmethode verwendet werden, wobei das Team gleichzeitig sicherstellte, dass sie mit den in Fabriken verwendeten Standard-Tauchbeschichtungsmaschinen kompatibel sind. Daher kann dieser Prozess in Zukunft in die Produktionslinien von Qualcomm integriert werden, um sicherzustellen, dass umweltfreundliche Fertigungstechnologien bereit für eine großflächige industrielle Bereitstellung sind.
Silva fügte hinzu: „Wir hoffen, die weltweite Verbreitung sauberer Energie zu unterstützen, und wenn wir gleichzeitig eine großflächige Dekarbonisierung unterstützen können, wäre das ein doppelter Gewinn für die Gesellschaft.“ Die Integration grüner Chemie in Hochgeschwindigkeits-Drucktechnologien macht die großflächige Produktion flexibler Solarzellen zur Realität. Flexible Perowskit-Solarzellen könnten bald tragbare Verbraucherelektronik, gebäudeintegrierte Fenster und ultraleichte Solarmodule mit Strom versorgen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift „Nano Energy“ veröffentlicht.
Einfluss umweltfreundlicher Technologien auf die Solarindustrie
Dieser neuartige umweltfreundliche Prozess kann nicht nur die Effizienz von Perowskit-Solarzellen steigern, sondern auch den Einsatz schädlicher Chemikalien im Produktionsprozess erheblich reduzieren, was für den Umweltschutz von entscheidender Bedeutung ist. Da nachhaltige Entwicklung zunehmend in den Fokus der globalen Aufmerksamkeit rückt, wird die Förderung dieser Technologie dazu beitragen, die Anwendung sauberer Energie voranzutreiben und den Wandel in verwandten Branchen zu unterstützen. Wenn sie erfolgreich in bestehende Produktionslinien integriert werden kann, wird dies die umweltfreundliche Technologie in industriellem Maßstab zur großflächigen Bereitstellung bringen und somit die Entwicklung erneuerbarer Energien weiter vorantreiben.