新型環保製程提升鈣鈦礦太陽能模組效率至 18.2%

一項全新的、環保的、低毒性的方法或可協助以工業規模生產柔性鈣鈦礦太陽能電池，採用卷對卷印刷技術。薩裏大學提出這一安全的方法以生產高效能的鈣鈦礦太陽能模組。該方法使用低毒性、生物衍生的溶劑配方，在室溫下運行，並減少有害工業化學品的使用。這一過程使用類似於報紙印刷的連續印刷技術，可能使大規模生產既環保又具成本效益。薩裏大學的傑出教授、先進技術研究所 (ATI) 主任及納米電子中心負責人拉維·西爾瓦教授表示：「我們創新技術的潛在影響不僅僅是替代有害溶剤。

一種基於易於使用的無毒溶劑和更簡單的塗布步驟的過程，減少了對溶劑處理、廢物處理及相關安全基礎設施的需求。」

新方法減少有害化學品

輕便、柔性的鈣鈦礦太陽能電池長期以來一直被認為能取代矽面板。然而，有害的生產過程卻妨礙了其商業潛力。通常，製造可印刷的鈣鈦礦墨水需要大量有毒的溶劑，包括二甲基甲酰胺和乙腈。這些化學品危害工廠工人的安全，並造成嚴重的環境負擔。令人驚訝的是，單一的千兆瓦級生產線就能消耗超過 90,000 升的有毒溶劑。現在，這一化學壁壘正逐漸被打破。研究人員摒棄了有害的傳統化學品，並制定了一種「顯著降低毒性」(SRT) 的墨水系統，該系統基於生物衍生成分。

該團隊利用乙醇和 2-甲基四氫呋喃的組合，創造出一種快速乾燥的配方，這是一種源自農業和林業廢料的環保溶劑。這種生物衍生的混合物消除了對抗溶劑處理步驟的需求，省去這些苛刻的步驟節省了能源，並在製造過程中保護原材料。

高效能與環保兼得

綠色生產並不意味著犧牲性能。該團隊使用與卷對卷技術兼容的條形塗布方法，印製了具有 11.5 平方釐米主動面積的太陽能迷你模組。這些在室溫下塗布並使用快速氣體噴流乾燥的柔性面板，達到了超過 18.2% 的功率轉換效率，同時在持續照明下保持穩定性。這些迷你模組採用倒置結構，條形塗布的自組裝單層作為孔傳輸層，這一結構減少了對額外中間層的需求。根據研究，該團隊使用基於鐳射的 P1 至 P4 刻劃過程，將單個太陽能電池單元單體連接，以便於工業模組的圖案化。

未來的工業整合潛力

科學論文進一步指出，該開發測試了使用氣體噴吹條形塗布方法的環保溶剤，但團隊同時確保其能與工廠中使用的標準槽模塗布機相容。因此，這一過程未來可以整合到 Qualcomm 量工廠生產線中，確保環保製造技術準備好進行大規模工業部署。

西爾瓦補充道：「我們希望幫助全球推廣清潔能源，如果我們能在同一過程中支持大規模的脫碳，那對社會來說將是一個雙重勝利。」將綠色化學整合進高速度印刷技術，使柔性太陽能電池的大規模生產成為現實。柔性鈣鈦礦太陽能電池可能很快將為便攜式消費電子產品、建築集成窗戶及超輕型太陽能陣列等提供電力。該研究結果已發表在《Nano Energy》期刊上。

環保技術對太陽能產業的影響

這項新型環保製程不僅能提高鈣鈦礦太陽能電池的效率，還能顯著減少生產過程中的有害化學品使用，這對於環境保護至關重要。隨著可持續發展成為全球關注的焦點，這種技術的推廣將有助於推動清潔能源的應用，並促進相關行業的轉型。若能成功整合到現有的生產線，將使得環保技術在工業規模上實現大規模部署，從而進一步推動可再生能源的發展。