Менее токсичные растворители испытали в перовскитных солнечных модулях

Учёные Университета Суррея и их коллеги предложили состав перовскитных чернил с существенно сниженной токсичностью растворителей. На его основе изготовили мини-модули с активной площадью до 11,5 см² и КПД выше 18%. Работа опубликована в Nano Energy. Результат касается технологии нанесения плёнки, а не полной безопасности готового солнечного элемента.

Что не так со старыми растворителями

При производстве перовскитных панелей активный слой наносится в виде жидкого раствора, а затем высушивается. Для этого традиционно использовались диметилформамид (DMF), N-метил-2-пирролидон (NMP) и ацетонитрил (ACN) — высокоэффективные, но опасные химические вещества. DMF и NMP классифицируются как репродуктивные токсины: они проникают через кожу и могут нарушать репродуктивную функцию. На производстве гигаваттного масштаба расход растворителей на одной линии нанесения превышает 90 000 литров для производства модулей гигаваттного масштаба.

При масштабировании технологии важно учитывать обращение с растворителями, защиту работников и утилизацию отходов. Снижение опасности смеси может упростить эти задачи, но не освобождает производство от оценки рисков. Новая рецептура не означает, что исчезли все потенциально опасные компоненты перовскитного модуля.

Смесь с пониженной токсичностью

Новый растворитель, который авторы обозначают как SRT (significantly reduced toxicity — «со значительно сниженной токсичностью»), основан на этаноле и 2-метилтетрагидрофуране (2-МеТГФ). Последний получают из растительного сырья — отходов сельского и лесного хозяйства. К ним добавляется небольшое количество более мягкого вспомогательного компонента для контроля кристаллизации плёнки.

Результаты испытаний:

• Коэффициент полезного действия мини-модулей с активной площадью до 11,5 см² превысил 18% — один из наиболее высоких показателей среди систем с пониженной токсичностью.
• Модули сохраняли стабильность при непрерывном освещении в ходе испытаний.
• Нанесение происходит при комнатной температуре с сушкой газовой струёй — без традиционного этапа добавления антирастворителя.
• Технология совместима с рулонным (roll-to-roll) производством и нанесением на гибкие подложки.

Исследователи называют смесь SRT — сокращение от английского обозначения существенно сниженной токсичности. Это сравнительная характеристика рецептуры. Она не равнозначна утверждению, что растворитель безвреден при любых условиях или что готовое изделие не содержит свинца. Испытания стабильности под светом также нельзя переводить в обещание десятилетий службы.

Дорога к промышленному масштабу

Нанесение при комнатной температуре и сушка газовой струёй подходят для дальнейшего изучения непрерывных процессов. По принципу рулонного производства гибкая подложка проходит через последовательные стадии обработки. Но совместимость лабораторного метода с таким процессом ещё не доказывает, что промышленная линия уже запущена или выпускает модули нужного качества.

Читайте также: Перовскитные солнечные элементы улучшили с помощью временной жидкой фазы.

До промышленного внедрения необходимо подтвердить воспроизводимость покрытия, масштабирование площади и долговременную надёжность модулей. Система менее опасных растворителей может уменьшить сложность производства, однако не отменяет контроль выбросов, защиту сотрудников и обращение с отходами. Именно совмещение эффективности и производственных требований определяет практическую ценность работы.