Αξιολόγηση των Μεθόδων Inkjet Printing και Slot Die Coating στην Ανάπτυξη Περοβσκιτικών Ηλιακών Κυττάρων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην ανάπτυξη περοβσκιτικών ηλιακών κυττάρων (Perovskite Solar Cells, PSCs), τα οποία αποτελούν μία ιδιαίτερα φερέλπιδα τεχνολογία με προοπτική να διαδραματίσει καθοριστικό ρόλο στη μελλοντική παγκόσμια παραγωγή ενέργειας. Η μελέτη αφορά την αξιολόγηση, βελτιστοποίηση και συγκριτική ανάλυση δύο τεχνικών εναπόθεσης λεπτών υμενίων για την κατασκευή PSCs, της εκτύπωσης μελάνης (inkjet printing) και επίστρωσης με σχισμή (slot-die coating). Οι δύο μέθοδοι κατασκευής των φωτοβολταϊκών συγκρίνονται με κριτήρια τόσο την απόδοση ενεργειακής μετατροπής των αναπτυσσόμενων ηλιακών κυττάρων όσο και την οικονομική βιωσιμότητα των μεθόδων, υπό την έννοια της κατανάλωσης των πρόδρομων φωτοβολταϊκών υλικών. Κύριος στόχος της εργασίας είναι η επίτευξη υψηλών αποδόσεων στα PSCs και με τις δύο τεχνικές εναπόθεσης, με ταυτόχρονη ελαχιστοποίηση της κατανάλωσης υλικών. Στο θεωρητικό μέρος της εργασίας παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας των PSCs, καθώς και η τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας σύμφωνα με τη διεθνή βιβλιογραφία. Ακολούθως, αναλύονται οι δύο τεχνικές εναπόθεσης ως προς την αρχή λειτουργίας τους, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους, καθώς και η καταλληλότητά τους για την κατασκευή περοβσκιτικών φωτοβολταϊκών διατάξεων. Στο πειραματικό μέρος της εργασίας παρουσιάζεται η διαδικασία ανάπτυξης των λεπτών υμενίων που συνθέτουν ένα περοβσκιτικό φωτοβολταϊκό. Αρχικά περιγράφονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη των υμενίων και στη συνέχεια αναλύονται οι κρίσιμες παράμετροι κάθε τεχνικής εναπόθεσης, με στόχο τη βελτιστοποίηση της απόδοσης των διατάξεων. Ακολουθεί η παρουσίαση και αξιολόγηση των πειραματικών αποτελεσμάτων για κάθε φωτοβολταϊκό, καθώς και η συγκριτική ανάλυση των δύο μεθόδων. Τέλος, συνοψίζονται τα συμπεράσματα της μελέτης και διατυπώνονται προτάσεις για μελλοντική έρευνα, με σκοπό την περαιτέρω βελτίωση της τεχνολογίας.