När perovskit solceller sätter effektivitetsrekord och den framväxande tekniken blir mer stabil, en annan stor utmaning kvarstår:frågan om skalbarhet, enligt forskare vid Department of Energy National Renewable Energy Laboratory (NREL).

"Det är skalbart, "sa Kai Zhu, materialvetare på NREL. "Vi behöver bara visa effektivitet och avkastning i stor skala för att flytta tekniken bortom laboratoriet."

Huvudförfattare till ett nytt Nature Reviews Materials -papper med titeln, "Skalbar tillverkning av Perovskite solceller, "Zhu och hans kollegor på NREL granskade ansträngningarna att flytta perovskiter från laboratoriet till taket. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Berry, och Maikel van Hest är medförfattare.

De flesta solpaneler på marknaden idag är gjorda av kisel, men perovskit solceller har potential att påskynda tillväxten av fotovoltaisk (PV) tillverkning i USA eftersom de är mycket billigare att göra och har visat prestandapotential i labbet. Perovskiter har uppnått rekordeffektivitetsnivåer snabbare än någon annan solcellsteknik med nuvarande rekord - certifierat förra sommaren - nu på 22,7 procent. Men effektiviteten i en perovskit solcell minskar när cellen och modulområdet ökar. En kombination av faktorer tillskrivs nedgången, inklusive den ojämna beläggningen av kemikalier i cellen. Också, när någon typ av solceller sammanfogas för att skapa moduler, inaktiva zoner bildas mellan celler där solljus inte omvandlas till elektricitet, vilket leder till effektivitetsminskningar.

För att göra en perovskit solcell i laboratoriet, forskare deponerar kemikalier på ett underlag. Perovskitmaterialet bildas när kemikalierna kristalliserar. Den vanligaste deponeringsmetoden i laboratoriet, kallad spinnbeläggning, producerar enheter med högsta effektivitet, men processen slösar bort mer än 90 procent av de kemikalier som används, det så kallade perovskitbläcket. Spinnbeläggning fungerar också bäst på celler mindre än fyra kvadratcentimeter, men det finns inget enkelt sätt att göra det möjligt att använda denna teknik på en större yta.

NREL -forskarna undersökte möjliga skalbara deponeringsmetoder, Inklusive:

• Bladbeläggning, som använder ett blad för att sprida den kemiska lösningen på substrat för att bilda våta tunna filmer. Processen kan anpassas för roll-to-roll-tillverkning, med flexibla underlag som rör sig på en rulle under ett stillastående blad som liknar hur tidningar skrivs ut. Bladbeläggning slösar bort mindre av bläcket än spinnbeläggning.
• Slot-die beläggning, som förlitar sig på en reservoar för att tillföra föregångaren bläck för att applicera bläck över substratet. Processen har inte utforskats lika bra som andra metoder och har hittills visat lägre effektivitet än bladbeläggning. Men reproducerbarheten av slitsformig beläggning är bättre än bladbeläggning när bläcket är välutvecklat, så detta är mer tillämpligt för roll-to-roll-tillverkning.
• Bläckstråleutskrift, som använder ett litet munstycke för att sprida prekursorbläcket. Processen har använts för att göra småskaliga solceller, men om den är lämplig för hög volym, stor yta kommer att bero på utskriftshastigheten och enhetens struktur.

Det finns andra metoder, såsom elektroavsättning, men det har inte rapporterats om att det används för att direkt deponera halogenidperovskiter i perovskitsolceller.

Trots många utmaningar, imponerande framsteg görs för att skala upp produktionen av dessa solceller, NREL -forskarna noterade i tidningen. Det nya dokumentet redogjorde för forskning som måste åtgärdas för att skala upp tekniken. Ett särskilt område som behöver mer uppmärksamhet är den ideala arkitekturen för en perovskit solcellsmodul.

Flera studier har uppskattat att perovskitsolceller kan generera el till en lägre kostnad än annan solcellsteknik, även om dessa siffror är baserade på hypotetisk forskning. Men en slutsats som kan dras av studierna är att de högsta ingångskostnaderna för perovskitmoduler kommer från substrat och elektrodmaterial, vilket pekar på en rad möjligheter till innovation inom dessa områden.