En perovskite solcellsmodul storleken på ett A4-papper, som är nästan sex gånger större än 10x10 cm ² moduler av den typen som rapporterats tidigare, har utvecklats av forskare från Swansea University, genom att använda enkla och billiga trycktekniker.

Genombrottet visar att tekniken fungerar i större skala, inte bara i labbet, vilket är avgörande för att uppmuntra industrin att ta upp det.

Var och en av de många individuella celler som utgör modulen är gjord av perovskit, ett material av ökande intresse för solforskare eftersom det kan tillverkas enklare och billigare än kisel, det mest använda materialet för solceller.

Perovskite solceller har också visat sig vara mycket effektiva, med poäng för effektomvandlingseffektivitet (PCE) – mängden ljus som träffar en cell som den omvandlar till elektricitet – så hög som 22 % på små labbprover.

Teamet arbetar för SPECIFIKT innovations- och kunskapscenter som leds av Swansea University. De använde en befintlig celltyp, en kolperovskitsolcell (C-PSC), gjord av olika lager - titania, zirkoniumoxid och kol på toppen – som alla är utskrivbara.

Även om deras effektivitet är lägre än andra perovskitcelltyper, C-PSC:er bryts inte ned lika snabbt, har redan bevisat över 1 års stabil drift under belysning.

Swansea-teamets genombrott kommer från optimeringen av tryckprocessen på glassubstrat så stora som ett A4-papper. De säkerställde att de mönstrade lagren var perfekt anpassade genom en metod som kallas registrering, välkänd inom tryckeribranschen.

Hela tillverkningsprocessen utfördes i luft, vid omgivningsförhållanden, utan att kräva de kostsamma högvakuumprocesser som behövs för kiseltillverkning.

Swansea-teamet uppnådde bra prestanda för sina moduler:

• upp till 6,3 % effektomvandlingseffektivitet (PCE) när den bedöms mot standarden "1 sol", dvs fullt simulerat solljus. Detta är världsledande för en C-PSC-enhet av denna storlek.
• 11% PCE vid 200 lux, ungefär lika med ljusnivåer i ett genomsnittligt vardagsrum
• 18 % PCE vid 1000 lux, likställt med ljusnivåer i en genomsnittlig stormarknad.

De höga effektivitetsklassificeringarna under ljusförhållanden inomhus visar att denna teknik har potential inte bara för energigenerering utomhus utan också för att driva små elektroniska enheter – som smartphones och sensorer – inomhus.

Dr Francesca De Rossi, tekniköverföringsstipendiat vid Swansea University's SPECIFIC Innovation and Knowledge Centre, sa:

"Vårt arbete visar att perovskitsolceller kan leverera bra prestanda även när de produceras i större skala än vad som hittills rapporterats inom forskarvärlden. Detta är avgörande för att göra det ekonomiskt och tilltalande för industrin att tillverka dem.

Nyckeln till vår framgång var screentryckningsprocessen. Vi optimerade detta för att undvika defekter orsakade av utskrift av så stora ytor. Noggrann registrering av lager och mönstring av det blockerande lagret hjälpte till att förbättra anslutningarna mellan celler, öka den totala prestandan.

Det finns mer arbete kvar, till exempel när det gäller att öka den aktiva arean – procentandelen av substratytan som faktiskt används för att producera kraft. Vi arbetar redan med det.

Men detta är ett viktigt genombrott av vårt team, som kan hjälpa till att bana väg för nästa generation av solceller"

Studien publiceras i Avancerad materialteknik .