حل چالش تولید سلول‌های خورشیدی رول به رول توسط پلاسمای سرد اتمسفری

جدیدترین روش در تولید انبوه مواد فتوولتائیک، تولید سلول‌های خورشیدی رول به رول روی صفحات پلاستیکی است. این صفحات پلاستیکی همان پلیمر معروف به پلی اتیلن ترفتالات یا PET (پت) است که به عنوان پلاستیک ارزان قیمت مورد استفاده در ساخت بطری‌های انواع نوشیدنی شناخته می‌شود. PET به دلیل استحکام و انعطاف پذیری، بستر مناسبی برای سلول‌های نوری است اما چاپ و ایجاد روکش سلول‌های خورشیدی رسانا بر روی PET یک چالش است. PET دارای سطح غیر واکنشی است که مرتباً با بارهای الکتریکی استاتیک آلوده می‌شود و این امر چسبندگی سایر مواد به آن را دشوار می‌کند.

لیندا وو از انستیتوی فناوری ساخت سنگاپور A * STAR و همکارانش با بهره‌گیری از فناوری پلاسمای سرد به یک روش ابتکاری برای فعال کردن سطوح PET برای اتصال بهتر در فرآیند رول به رول دست یافته‌اند. نتیجه آزمایشات این تیم با استفاده از فن‌آوری تخلیه الکتریکی سطح (DCSBD) آنست که ورق‌های PET با مساحت بزرگ می‌توانند از نظر میکروسکوپی ساییده شوند و از نظر شیمیایی اصلاح شوند تا چسبندگی سطح به لطف یون‌های پلاسما تولید شده در شرایط هوای آزاد تقریباً بطور لحظه‌ای افزایش یابد.

پلاسمای سرد می‌تواند به سرعت سطوح PET و سایر پلاستیک‌ها را بدون تأثیرگذاری بر ظاهر یا ویژگی‌های اساسی پردازش کند. به‌طور معمول، این فناوری برای تبدیل گازهای نجیب به یون‌های پلاسما شستشوی پلیمر به چمبرهای خلاء نیاز دارد. از طرف دیگر تکنیک DCSBD با فشار اتمسفر عمل می‌کند و پلاسما را از مولکول‌های هوای معمولی تولید می‌کند. این امر از طریق یک سیستم ابداعی از الکترودهای موازی و نواری مانند در داخل یک صفحه سرامیکی آلومینا تعبیه شده است. استفاده از یک میدان الکتریکی با ولتاژ بالا با فرکانس بالا، بر روی این نوارها، یک میدان پلاسما نازک و بسیار یکنواخت از گازهای محیطی نزدیک به صفحه سرامیکی تولید می‌کند. چیدمان مسطح این دستگاه، پردازش تنها قسمت بالای زیرلایه را با استفاده از DCSBD در خطوط رول به رول ساده می‌کند.

هنگامی که محققان یک بستر PET را با یک منبع پلاسما DCSBD پردازش کردند، شاهد تغییر فوری در سطح پلیمر بودند: زمان قرار گرفتن در معرض پلاسما تک ثانیه‌ای برای تبدیل آن از آب دافع به سطح جذاب آب کافی بود. این تغییرات به طور یکنواخت در کل بستر PET رخ داده و قدرت چسبندگی بهبود یافته‌ای را برای بیش از 300 ساعت فراهم کرده است. تست‌های میکروسکوپ اتمی و پرتوی ایکس نشان داد که انفجارهای پلاسما کوتاه به طور قابل توجهی باعث افزایش گروه‌های قطبی سطح و ایجاد ناهمواری در مقیاس میکرو شده است.

وو متذکر می‌شود که فناوری DCSBD برای کاربر ایمن است، کارایی آسان داشته و می‌تواند در محیط‌های صنعتی مرطوب و دارای گرد و غبار مستقر شود.