新型環保製程提升鈣鈦礦太陽能模組効率至 18.2%

一項全新的、環保的、低毒性的方法が工業規模で柔性鈣鈦礦太陽能電池の生産を支援する可能性があり、巻対巻印刷技術を採用している。サリー大学がこの安全な方法を提案し、高効率の鈣鈦礦太陽能模組の生産を目指している。この方法は低毒性で生物由来の溶剤配合を使用し、室温で運用され、有害な工業化学物質の使用を減少させる。このプロセスは新聞印刷に似た連続印刷技術を使用し、大規模生産を環境に優しく、かつコスト効率の良いものにする可能性がある。サリー大学の優秀な教授で、先進技術研究所（ATI）の所長およびナノエレクトロニクスセンターの責任者であるラヴィ・シルバ教授は、「私たちの革新的な技術の潜在的な影響は、有害な溶剤の代替にとどまらない」と述べている。

一種の使いやすい無毒溶剤とより簡単な塗布ステップに基づくプロセスは、溶剤処理、廃棄物処理、および関連する安全基盤施設の必要性を減少させる。

新方法減少有害化学品

軽量で柔軟な鈣鈦礦太陽能電池は長い間、シリコンパネルの代替品として期待されてきた。しかし、有害な生産プロセスがその商業的潜在能力を妨げていた。通常、印刷可能な鈣鈦礦インクの製造には、多くの有毒な溶剤が必要であり、二メチルホルムアミドやアセトニトリルが含まれる。これらの化学物質は工場労働者の安全を脅かし、深刻な環境負荷を引き起こす。驚くべきことに、単一のギガワット級生産ラインは90,000リットル以上の有毒溶剤を消費することができる。現在、この化学的障壁は徐々に打破されつつある。研究者たちは有害な従来の化学物質を排除し、「著しく毒性を低下させる」（SRT）インクシステムを開発した。このシステムは生物由来の成分に基づいている。

チームはエタノールと2-メチルテトラヒドロフランの組み合わせを利用して、農業および林業の廃棄物から得られる環境に優しい溶剤を使用した迅速乾燥配合を創造した。この生物由来の混合物は、溶剤処理ステップの必要性を排除し、これらの厳しいステップを省くことでエネルギーを節約し、製造プロセス中に原材料を保護する。

高効能与環保兼得

グリーン生産は性能を犠牲にすることを意味しない。チームは巻対巻技術に適合するストライプ塗布法を使用して、11.5平方センチメートルの有効面積を持つ太陽能ミニモジュールを印刷した。これらは室温で塗布され、迅速なガス噴流乾燥を使用した柔軟なパネルで、18.2%以上の電力変換効率を達成し、持続的な照明下で安定性を保っている。これらのミニモジュールは逆構造を採用し、ストライプ塗布された自己組織化単層が孔伝導層として機能し、この構造は追加の中間層の必要性を減少させる。研究によれば、チームはレーザーに基づくP1からP4の刻印プロセスを使用して、単一の太陽能電池ユニットを接続し、工業モジュールのパターン化を容易にしている。

未來的工業整合潛力

科学論文はさらに、チームがガス噴流ストライプ塗布法を使用した環境に優しい溶剤をテストしたことを指摘しているが、同時に工場で使用される標準的な槽モジュール塗布機との互換性を確保している。このため、このプロセスは将来的にQualcommの量産ラインに統合でき、環境に優しい製造技術が大規模な工業展開に向けて準備が整うことを確保する。

シルバは、「私たちは世界中でクリーンエネルギーを普及させる手助けをしたい。もし私たちが同じプロセスで大規模な脱炭素を支援できれば、それは社会にとって二重の勝利となるだろう」と付け加えた。グリーン化学を高速印刷技術に統合することで、柔性鈣鈦礦太陽能電池の大規模生産が現実のものとなる。柔性鈣鈦礦太陽能電池は、ポータブル消費電子機器、建築統合窓、超軽量太陽能アレイなどに電力を供給する可能性がある。この研究成果は『Nano Energy』誌に発表された。

環保技術對太陽能產業的影響

この新しい環境に優しい製造プロセスは、鈣鈦礦太陽能電池の効率を高めるだけでなく、生産プロセス中の有害化学物質の使用を大幅に減少させることができ、環境保護にとって重要である。持続可能な発展が世界的な関心の焦点となる中、この技術の普及はクリーンエネルギーの応用を推進し、関連産業の転換を促進する助けとなるだろう。もし既存の生産ラインに成功裏に統合できれば、環境に優しい技術が工業規模での大規模展開を実現し、再生可能エネルギーの発展をさらに推進することになる。