Impression de cellules solaires sur des couches minces pour une énergie solaire moins chère et plus efficace

Par Swansea University14 juillet 2020

Revêtement rouleau à rouleau en deux étapes de couches minces de pérovskite à l'Université de Swansea, où les chercheurs du projet SPECIFIC ont atteint des niveaux d'efficacité record pour les cellules solaires imprimées. Crédit : SPÉCIFIQUE/Université de Swansea

Une étape clé vers une énergie solaire moins chère et plus efficace.

Une nouvelle étude rapporte l'efficacité la plus élevée jamais enregistrée pour les cellules solaires en pérovskite (PSC) entièrement imprimées en rouleau à rouleau, marquant une étape clé sur la voie de moyens moins chers et plus efficaces de générer de l'énergie solaire.

Une équipe du centre d'innovation et de connaissances SPECIFIC de l'Université de Swansea, dirigée par le professeur Trystan Watson, a signalé l'utilisation d'une méthode de fabrication rouleau à rouleau pour quatre couches de PSC enduits de matrices à fente.

Les PSC ont fourni une puissance de sortie stable de 12,2 % - le rendement le plus élevé enregistré pour quatre couches de PSC imprimés rouleau à rouleau à ce jour.

Nouveau venu dans l'industrie photovoltaïque, les PSC ont attiré l'attention des chercheurs du monde entier. Avec une efficacité atteignant des niveaux similaires à ceux du photovoltaïque au silicium (PV), le leader actuel du marché, l'attention a été détournée vers la mise à l'échelle des PSC.

Les films flexibles minces avec des cellules solaires imprimées sont une étape clé vers une énergie solaire moins chère et plus efficace - les chercheurs de l'Université de Swansea ont démontré des niveaux d'efficacité record pour les cellules solaires en pérovskite. Crédit : SPÉCIFIQUE/Université de Swansea

Contrairement au silicium PV, qui nécessite des dépôts à haute température et sous vide poussé, les PSC peuvent être traités en solution à basse température, ce qui réduit considérablement le coût de fabrication.

Le traitement à basse température permet d'utiliser des substrats en plastique pour créer des cellules solaires flexibles.

La capacité de traitement en solution offre la possibilité d'appliquer diverses techniques d'impression et de revêtement bien développées :

Ces avantages ont permis aux chercheurs de l'Université de Swansea d'utiliser la fabrication rouleau à rouleau pour quatre couches de PSC.

Le revêtement à matrice plate offre plusieurs avantages par rapport aux alternatives : il s'agit d'une technique pré-dosée, ce qui signifie que l'épaisseur du film humide peut être contrôlée avant le revêtement. Il est également très efficace dans l'utilisation des matériaux, avec une perte minimale de matériau par rapport au revêtement par pulvérisation ou à la sérigraphie.

L'utilisation des solvants toxiques nécessaires à l'échelle industrielle nécessite beaucoup de traitement de l'air pour rester sous les limites de sécurité, ce qui peut entraîner des dépenses importantes et inutiles. Pour cette raison, un système à base d'acétonitrile a été utilisé. Ce système présente un avantage rhéologique en raison de sa faible viscosité et de sa faible tension superficielle, ce qui se traduit par de meilleurs revêtements.

Parallèlement à cela, un mélange ternaire de solvants à limite d'exposition élevée sur le lieu de travail a été introduit, remplaçant le chlorobenzène pour le dépôt du matériau de transport des trous. Dans cette recherche, les PSC ont donné une puissance de sortie stable de 12,2 %, ce qui est le rendement le plus élevé signalé pour quatre couches de PSC imprimés rouleau à rouleau.

Une cellule solaire complète pour une architecture choisie nécessite un revêtement de cinq couches. Dans ce cas, quatre couches ont été revêtues à l'aide d'un revêtement à filière plate et le contact supérieur a été mis en place par évaporation thermique. Le revêtement par matrice à fente du cinquième contact (supérieur) sans détruire les couches en dessous n'a pas encore été réalisé. Résoudre ce problème permettrait la fabrication d'un PSC entièrement imprimé rouleau à rouleau.

Rahul Patidar de SPECIFIC, chercheur principal du projet, a déclaré :

"Les cellules solaires à pérovskite visent à augmenter l'efficacité et à réduire le coût de la production d'énergie solaire traditionnelle. Elles ont le potentiel d'être très efficaces et relativement bon marché à fabriquer, l'objectif est donc d'améliorer les méthodes de fabrication pour la mise à l'échelle.

Cette étude représente la prochaine étape vers la commercialisation."

La recherche a été publiée dans Sustainable Energy and Fuels.

Référence : "Cellules solaires à pérovskite P–I–N enduites de filières à rouleaux utilisant un système de solvant à base d'acétonitrile à base de pérovskite" par Daniel Burkitt, Rahul Patidar, Peter Greenwood, Katherine Hooper, James McGettrick, Stoichko Dimitrov, Matteo Colombo, Vasil Stoichkov, David Richards, David Beynon, Matthew Davies et Trystan Watson, 4 mai 2020, Sustainable Energy and Fuels.DOI : 10.1039/D0SE00460J

SPECIFIC Innovation & Knowledge Centre vise à réduire les émissions de carbone des bâtiments en développant une gamme de technologies qui utilisent l'énergie solaire pour générer, stocker et libérer la chaleur et l'électricité dans les bâtiments. Le centre travaille à toutes les échelles, de la science fondamentale en laboratoire à la démonstration à grande échelle sur des bâtiments, et travaille avec des partenaires de l'industrie pour commercialiser de nouvelles technologies. SPECIFIC est dirigé par l'Université de Swansea et est financé par le Fonds européen de développement régional via le gouvernement gallois, Innovate UK et EPSRC.