Струйный солнечный элемент - Inkjet solar cell

Струйные солнечные элементы находятся солнечные батареи изготавливается по недорогой, высокие технологии методы, использующие Струйный принтер сложить полупроводник материал и электроды на солнечную батарею субстрат.

Этот подход разрабатывается независимо в разных местах, включая Университет Нового Южного Уэльса,[1][2] Государственный университет Орегона,[3] Массачусетский Институт Технологий,[4] и Saule Technologies[5] С момента появления перовскитовые солнечные элементы, и их быстрый рост эффективности исследовательских ячеек [6] Возобновился интерес к разработке солнечных элементов для струйной печати из-за их способности обрабатывать раствор.[7]

История

Первый случай печатная электроника был замечен в 1903 году, когда Альберт Хэнсон подал патент на «печатную» проволоку. После этого радио двинуло вперед индустрию печатной электроники. До недавнего времени струйные принтеры не использовались в индустрии печатной электроники. Промышленность решила перейти к струйной печати из-за ее низкой стоимости и гибкости использования.[8] Один из них - струйный фотоэлемент. Первый экземпляр солнечной батареи со струйным принтером был построен Конаркой в ​​2008 году.[9] В 2011 году Университет штата Орегон смог открыть для себя способ создания CIGS солнечные элементы с помощью струйного принтера. В том же году Массачусетский технологический институт смог создать солнечный элемент с помощью струйного принтера на бумаге. Использование струйного принтера для изготовления солнечных элементов является новым и все еще исследуется.[10] В 2014, Ольга Малинкевич представила процесс производства перовскитных листов для струйной печати в Бостоне (США) во время Г-ЖА осеннее собрание - за что и получила Массачусетский технологический институт Награда «Новаторы технологического обзора до 35 лет».[11]

Как они сделаны

Обычно солнечные элементы для струйной печати изготавливаются с использованием струйного принтера для нанесения полупроводникового материала и электродов на подложку солнечного элемента.[12] Как органические, так и неорганические солнечные элементы можно изготавливать струйным методом. Неорганические солнечные элементы с струйной печатью в основном CIGS солнечные батареи. Органические солнечные батареи полимерные солнечные элементы. Струйная печать гибридных перовскитовые солнечные элементы тоже возможно. Самым важным компонентом чернил является функциональный материал: смесь солей металлов (CIGS), смесь полимеров и фуллеренов (полимерные солнечные элементы ) или предшественник смешанных органических и неорганических солей (перовскитовые солнечные элементы ). Эти компоненты растворяются в подходящем растворителе. Могут быть добавлены дополнительные компоненты, влияющие на вязкость и поверхностное натяжение чернил, для улучшения печатных характеристик и смачивания основы. Чернила содержатся в картридже, откуда они переносятся на подложку, которая может варьироваться. Печать обычно выполняется пьезоэлектрическим приводом в соплах печатающей головки, который запрограммирован на применение заранее заданных шаблонов давления для выброса капель. В большинстве случаев несколько слоев функциональных материалов накладываются друг на друга для создания рабочего солнечного элемента. Весь процесс печати может выполняться в условиях окружающей среды, хотя в большинстве случаев требуется дополнительная термообработка. Важными факторами эффективности органических солнечных элементов для струйной печати являются время ожидания струйной печати, температура стола для струйной печати и влияние химических свойств полимерного донора.[13][14][15]

Преимущества

Главное преимущество печати солнечных элементов на струйном принтере - это низкая стоимость производства. Причина, по которой это дешевле, чем другие методы, в том, что нет вакуум необходимо, что удешевляет оборудование. Кроме того, чернила представляют собой недорогую смесь солей металлов, снижающую стоимость солнечных элементов. По сравнению с другими методами, такими как осаждение из паровой фазы, при использовании струйных принтеров для укладки полупроводникового материала потери материала очень малы. Это потому, что принтер может создавать точные узоры с минимальными затратами. Некоторые струйные солнечные элементы используют материал CIGS который имеет большую солнечную эффективность, чем традиционные кремниевые солнечные панели. С помощью CIGS делает очень важным сокращение количества отходов из-за редкости некоторых материалов в нем. Этот метод также является экологически чистым, поскольку не требует использования токсичных химикатов для подготовки солнечного элемента, как это делают другие методы.[10][15]

Недостатки

Эффективность струйных солнечных элементов слишком мала, чтобы быть коммерчески жизнеспособными. Даже если эффективность повысится, материалы, используемые для солнечных элементов, могут стать проблемой. Индий - редкий материал, используемый в этих элементах, и, согласно нашим текущим условиям, он может исчезнуть в течение 15 лет. Другой проблемой является создание устойчивых к атмосферным воздействиям чернил, способных выдержать суровые условия.[16][17]

Потенциал

В традиционных солнечных элементах материал, который удерживает фотоэлектрический материал, обычно стоит больше, чем сам материал. С помощью струйной печати можно печатать солнечные элементы на бумаге. Это позволит значительно дешевле разместить солнечные элементы и разместить их практически в любом месте. Солнечные элементы тонкой бумаги или, возможно, прямые 3D печать позволит создавать солнечные элементы на жалюзи, в окнах, в шторах и практически в любом месте дома. Это очень многообещающе и может стать будущим солнечной энергетики.[18]

Смотрите также

- Перовскитовый солнечный элемент

- Солнечная батарея CIGS

- Органический солнечный элемент

Рекомендации

  1. ^ Смит, Дебора (20 августа 2008 г.). «Мышление вне площади находит свет в духовке». Sydney Morning Herald. Получено 2008-08-23.
  2. ^ Леннон, Элисон Дж .; Утама, Роланд Й .; и другие. (2008). «Формирование отверстий в полупроводниковых слоях кремниевых солнечных элементов с помощью струйной печати». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 92 (11): 1410–1415. Дои:10.1016 / j.solmat.2008.05.018.
  3. ^ «BBC News - Ученые используют струйную печать для производства солнечных батарей». bbc.co.uk. 2012. Получено 20 февраля 2012.
  4. ^ Чендлер, Дэвид Л. (2012). «Пока вы не спите, распечатайте мне солнечную батарею - MIT News Office». web.mit.edu. Получено 20 февраля 2012.
  5. ^ ЭМИЛИЯ ВЕДЗЮК (15 марта 2016 г.). «Перовскитская революция в воздухе - ITKeyMedia». itkey.media.
  6. ^ «График эффективности NREL». Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL). Получено 4 августа 2017.
  7. ^ Снайт, Генри Дж. (2013). «Перовскиты: наступление новой эры недорогих и высокоэффективных солнечных элементов». Письма в Журнал физической химии. 4 (21): 3623–3630. Дои:10.1021 / jz4020162.
  8. ^ Савастано, Дэвид. «Струйная печать набирает обороты в печатной электронике». Печатная электроника сейчас. Получено 16 февраля 2013.
  9. ^ «Конарка объявляет о первой в истории демонстрации солнечных элементов с струйной печатью». Конарка. Получено 16 февраля 2013.
  10. ^ а б «СТРУЙНАЯ ПЕЧАТЬ МОЖЕТ ИЗМЕНИТЬ ЛИЦО СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ». Государственный университет Орегона. Получено 25 февраля 2013.
  11. ^ "Ольга Малинкевич | Новаторы до 35 лет". Innovatorsunder35.com. 2015. Архивировано с оригинал на 2017-08-02. Получено 2017-08-04.
  12. ^ Ламперт, К. (Ноябрь 2008 г.). «Формование отверстий в полупроводниковых слоях кремниевых солнечных элементов с помощью струйной печати». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 92 (11): 1410–1415. Дои:10.1016 / j.solmat.2008.05.018.
  13. ^ Хот, Клаудия; Павел Щилинский; Стелиос А. Чулис; Кристоф Дж. Брабек (7 августа 2008 г.). «Печать высокоэффективных органических солнечных элементов». Нано буквы. 8 (9): 2806–2813. CiteSeerX  10.1.1.578.5674. Дои:10.1021 / nl801365k.
  14. ^ Aernouts, T (25 января 2008 г.). «Органические солнечные элементы на основе полимеров с использованием активных слоев, напечатанных струйной печатью». Письма по прикладной физике. ОРГАНИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОНИКА И ФОТОНИКА. 92 (3): 033306. Дои:10.1063/1.2833185.
  15. ^ а б Ван, Вэй (сентябрь 2011 г.). "Тонкопленочные солнечные элементы из халькопирита CuInxGa1-xSe2, напечатанные на струйной печати". Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 95 (9): 2616–2620. Дои:10.1016 / j.solmat.2011.05.011.
  16. ^ Родос, Крис. «14% КПД для тонкопленочных солнечных элементов, но откуда берется индий?». Forbes. Получено 4 февраля 2013.
  17. ^ Зайдман, Бьянка. «Солнечные панели для струйной печати: дешево и почти экологично». PBS. Получено 4 февраля 2013.
  18. ^ Чендлер, Дэвид. «Пока ты не спишь, распечатай мне фотоэлемент». Массачусетский технологический институт. Получено 4 февраля 2013.