...

Utwardzanie fotoniczne drogą do szybkiej produkcji perowskitów

18 stycznia 2022
Utwardzanie fotoniczne drogą do szybkiej produkcji perowskitów

Naukowcy z University of Texas (UT) w Dallas wyprodukowali halogenkowe ogniwo perowskitowe, wykorzystując utwardzanie fotoniczne. W celu uzyskania elastycznej elektroniki zastosowali oni utwardzanie fotoniczne jednocześnie warstw perowskitu i tlenku w warstwie cienkiej.

Naukowcy z University of Texas w Dallas wykazali, że technikę zwaną utwardzaniem fotonicznym można wykorzystać do wytwarzania cienkich warstw stosowanych w elastycznej elektronice i proces ten odbywa się milion razy szybciej niż tradycyjne metody. Eksperymenty mogą pomóc utorować drogę do wielkoskalowej produkcji urządzeń: od czujników po panele słoneczne.

Naukowcy pod kierunkiem profesor materiałoznawstwa i inżynierii dr Julii Hsu, opublikowali w ubiegłym roku (2021) w Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science serię badań na temat tej metody. Badania Hsu mają na celu rozwiązanie problemu, który uniemożliwiał produkcję na dużą skalę elastycznej elektroniki i ogniw fotowoltaicznych, a mianowicie potrzeby skrócenia czasu trwania najwolniejszej części produkcji, zwanej wyżarzaniem. Na tym etapie cienka folia musi zostać podgrzana do wysokich temperatur, co czasami może zająć wiele godzin, a produkcja jest kosztowna.

Hsu porównała tradycyjny proces wyżarzania do pieczenia długiej pizzy, która powoli przesuwa się na przenośniku przez piec. Aby pizza była gotowa szybciej, należy skrócić czas jej pobytu w piekarniku. Również podgrzanie pizzy do zbyt wysokiej temperatury uszkodzi ją.
Jeśli potrzebujesz wyżarzać materiał przez minuty, a czasem godziny, to cały proces spowolni. Chcemy robić produkt szybko, abyśmy mogli wykorzystać ekonomię skali – powiedziała Hsu.

Naukowcy z University of Texas w Dallas wyprodukowali na szkle halogenkowe ogniwo słoneczne perowskitowe, wykorzystując utwardzanie fotoniczne. Naukowcy jako pierwsi zastosowali utwardzanie fotoniczne do jednoczesnego przetwarzania zarówno warstw perowskitu, jak i tlenku w cienkiej warstwie, aby uzyskać elastyczną elektronikę.

Badania przeprowadzono we współpracy z NovaCentrix, firmą z siedzibą w Austin w Teksasie, która produkuje sprzęt do utwardzania fotonicznego. Utwardzanie fotoniczne to nowatorska technologia, która jest obecnie stosowana do spiekania lub łączenia drukowanych nanocząstek metalu.

Elastyczne urządzenia elektroniczne wykonywane są z różnych cienkich folii. W przypadku ogniw słonecznych, z którymi pracuje Hsu, jedną warstwą jest perowskit halogenkowy – rodzina materiałów, którą można wykorzystać do tworzenia ogniw słonecznych. Materiały te posiadają potencjał wysokiej wydajności i niskich kosztów produkcji. Druga to warstwa tlenku, która przenosi ładunek elektryczny generowany przez światło słoneczne. Naukowcy z UT Dallas jako pierwsi zastosowali utwardzanie fotoniczne do jednoczesnego przetwarzania zarówno warstwy perowskitu, jak i tlenku w cienkiej warstwie.

Hsu otrzymała nową dotację na zastosowanie utwardzania fotonicznego do wytwarzania elastycznych, przezroczystych elektrod, które zwiększą opłacalność komercyjną perowskitowych paneli słonecznych. Celem Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) jest zwiększenie wykorzystania energii słonecznej i obniżenie kosztów jej wytwarzania o połowę do 2030 r.

Na zdjęciu głównym Robert Piper, doktorant materiałoznawstwa i inżynierii w Dallas i główny autor badania, umieszcza elastyczne podłoże z tworzywa sztucznego na fotonicznym narzędziu do utwardzania.

Źródło: The University of Texas at Dallas

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika