Forskare från University of Manchester använder polystyrenpartiklar snarare än dyra polymerer för att göra nästa generations solceller, som används för att tillverka solpaneler, stabilare och ännu billigare.

Flytten kan avsevärt minska kostnaderna för produktion och tillverkning av solcellerna, göra elen billigare i framtiden för allmänheten i en tid då energipriserna ökar.

Forskningen, publicerad av The Royal Society of Chemistry i tidskriften Nanoskala , visar hur forskare vid University of Manchester använder isolerande mikrogelpartiklar av polystyren för att minska kostnaderna och förbättra stabiliteten hos Perovskite solceller eller PSC.

PSC:er är en ny typ av solpaneler och anses vara en av de tio främsta framväxande teknologierna av World Economic Forum. Detta beror på att de har oöverträffade ökningar i sin effektomvandlingseffektivitet och potentiellt har en relativt låg kostnad per watt.

Solpaneler är nu vanliga på hus och byggnader över hela Storbritannien, men deras utbredda användning hämmas fortfarande av höga produktionskostnader. Dessa traditionella fotovoltaiska (PV) paneler innehåller kisel för att skörda ljuset som omvandlas till energi men det är en dyr, energikrävande material att producera. Ny forskning har vänt sig till PV med en billigare förening, perovskite, som det lätta skördeskiktet istället för kisel.

PSC kraftkonverteringseffektivitet närmar sig nu paritet med etablerad solcellsteknik, som tog decennier att nå. Så, med potential att uppnå ännu högre effektivitet på mycket kortare tid och deras relativt låga produktionskostnader, PSC:er blir nu mer kommersiellt attraktiva.

Dock, nuvarande PSC:er använder vanligtvis organometallisk halogenidperovskit (OHP) som en ljusabsorbator, som lätt bryts ned när de utsätts för vatten. Detta gör deras praktiska användning begränsad, speciellt i det brittiska klimatet. Cellerna är också beroende av ett håltransporterande lager, som främjar effektiv rörelse av elektrisk ström efter exponering för solljus. Men att tillverka håltransporterande organiska material är mycket kostsamt och dessa saknar långsiktig stabilitet. Det är här användningen av isolerande mikrogelpartiklar av polystyren kommer in.

Prof Brian Saunders, Professor i polymer- och kolloidkemi från School of Materials vid University of Manchester, säger:"Mer forskning krävs för att den fulla potentialen hos den spännande PSC-tekniken ska kunna realiseras. Att förbättra PSC-stabiliteten och minska användningen av dyrt håltransportmaterial (HTM) är två aspekter som får ökad uppmärksamhet. Det är därför vi är tittar på hur man bäst producerar PSC, håll dem torra och gör dem ännu mer kommersiellt lönsamma i framtiden."

Han förklarar:"Perovskitskiktet i solceller är inte i sig instabilt, men det nödvändiga HTM-lagret är. HTM-lager gjorda av kongregerade polymerer är tunna men de är också relativt dyra och bidrar med en betydande del av den totala kostnaden för solcellen. I denna studie använde vi polystyren, vilket är en tiotusendel av kostnaden för polymerer att producera, och är också hydrofob vilket hjälper till att förbättra stabiliteten hos PSC. Sammantaget uppväger den förbättrade stabiliteten och lägre produktionskostnaderna avsevärt någon av den minskade effektiviteten."

Framöver Prof Saunders är angelägen om att ytterligare förfina mikrogelmetoden för att minimera effekten på effektiviteten och arbeta med att minska innehållet av giftigt bly i PSC.