Células solares Perovskite: preparando el camino para el diseño racional de la tinta para la fabricación a escala industrial
Para la producción de películas delgadas de perovskita de metal-haluro de alta calidad para módulos fotovoltaicos de gran superficie se suelen utilizar tintas optimizadas que contienen una mezcla de disolventes. Un equipo del HZB en BESSY II ha analizado ahora los procesos de cristalización dentro de tales mezclas. También se ha desarrollado un modelo para evaluar la cinética de los procesos de cristalización para diferentes mezclas de disolventes. Los resultados son de gran importancia para el desarrollo ulterior de las tintas de perovskita para los procesos de deposición a escala industrial de estos semiconductores.
Ilustración esquemática: los disolventes (tinta) se utilizan para producir una fina película de perovskita policristalina.
© HZB
Los semiconductores orgánicos híbridos de perovskita son una clase de materiales para las células solares, que prometen altas eficiencias a bajo costo. Pueden procesarse a partir de soluciones precursoras que, al evaporarse en un sustrato, forman una película fina policristalina. Los procesos de fabricación sencillos, como el recubrimiento por centrifugado de una solución precursora, a menudo sólo dan buenos resultados a escala de laboratorio, es decir, para muestras muy pequeñas.
Impresión de grandes áreas
Para la producción de módulos fotovoltaicos de mayor superficie, el equipo de la Dra. Eva Unger desarrolla procesos de impresión y revestimiento en los que el semiconductor de perovskita se procesa a partir de tintas que contienen los precursores disueltos en disolventes. La composición de la tinta determina el mecanismo de formación del material, y el disolvente afecta al proceso por sus propiedades reológicas, la tasa de evaporación y la participación en fases intermedias. "Nuestra pregunta de investigación en este proyecto fue: ¿Cómo podemos racionalizar la diferencia en la cinética de cristalización cuando se utilizan diferentes disolventes?", explica Unger, que dirige el Grupo de Jóvenes Investigadores sobre Formación y Escalado de Materiales Híbridos.
Diferentes tasas de evaporación
En los disolventes de un solo componente, el proceso de cristalización está determinado por la tasa de evaporación. "En las mezclas de disolventes, la evaporación está dominada por el componente más volátil que se evapora más rápidamente. Esto cambia la proporción de disolventes presentes en la cristalización", dice el Dr. Oleksandra Shargaieva, postdoctorado en el equipo de Unger.
La cristalización analizada en BESSY II
En la línea de haz de KMC-2 de BESSY II, pudo analizar la formación del semiconductor perovskita y las fases intermedias cristalinas que incorporan moléculas de disolvente durante la evaporación de los disolventes. "Descubrí que el mecanismo de formación depende críticamente tanto de la velocidad de evaporación de los disolventes como de la fuerza de unión al haluro de plomo. "Estos conocimientos ayudarán a predecir la cinética de los procesos de cristalización de la película delgada de la perovskita para diferentes combinaciones de disolventes en función de las propiedades de las soluciones precursoras", dice Shargaieva.
"Todavía hay una falta de conocimiento sistemático cuando se pasa de la escala de laboratorio a la escala de área industrial. Con estos resultados allanamos el camino para un mayor diseño de la tinta que permita la fabricación a escala industrial o las películas finas de perovskita de alta calidad", dice Unger.
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