La receta perfecta para las células solares de perovskita eficientes
Un sueño largamente acariciado por los investigadores de materiales es una célula solar que convierta la luz del sol en energía eléctrica con la misma eficacia que el silicio, pero que pueda fabricarse de forma fácil y económica a partir de materiales abundantes. Los científicos del Helmholtz-Zentrum de Berlín están ahora un paso más cerca de conseguirlo. Han perfeccionado un proceso para depositar verticalmente una solución hecha de un soluto de perovskita barato sobre un sustrato móvil situado debajo. No sólo han descubierto el papel crucial que desempeña uno de los disolventes utilizados, sino que también han estudiado con detenimiento las propiedades de envejecimiento y almacenamiento de la solución.
La solución líquida de precursor de perovskita, disolvente y aditivo fluye desde una boquilla en forma de hendidura hacia el sustrato de vidrio que se transporta por debajo.
© Jinzhao Li / HZB
Las células solares de silicio cristalino siguen representando la mayor parte de las instalaciones en tejados y parques solares. Pero hace tiempo que también se han consolidado otras tecnologías, como las que convierten la luz solar en energía eléctrica mediante el uso de capas extremadamente finas de material de células solares depositadas sobre un sustrato. Las células solares de perovskita que investigan la profesora Eva Unger y su equipo del Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) pertenecen a este grupo. "Son las mejores células solares que se pueden fabricar hasta la fecha utilizando una tinta 2D", explica la investigadora. "Y ahora sus eficiencias se acercan a las de las células fabricadas con silicio cristalino".
Desarrollo de métodos escalables
Se han desarrollado y utilizado muchos métodos para fabricar pequeñas células de prueba en el laboratorio, donde se pueden estudiar y mejorar. Pero la fabricación a escala industrial está aún muy lejos. Unger lo sabe por experiencia propia: "Desgraciadamente, los procesos optimizados para fabricar superficies pequeñas no siempre pueden ampliarse". En otras palabras: No todo lo que funciona a la perfección en el laboratorio tiene por qué ser rentable en la fábrica. "Por eso estamos dando un paso más y desarrollando métodos escalables. Esto significa que nuestro equipo se está centrando en procesos para el recubrimiento de superficies más grandes". En el laboratorio de innovación Hybrid Silicon Perovskite Research, Integration & Novel Technologies (HySPRINT), una infraestructura de colaboración entre HZB y la industria, el equipo se está concentrando en procesos que ya han demostrado su importancia en la industria para empezar.
"Hemos experimentado aquí con el recubrimiento de troqueles", explica. En este proceso, la "tinta", como se conoce en el sector a la fina solución líquida de precursor de perovskita, disolvente y aditivo, fluye desde una boquilla en forma de ranura y cae como una cortina sobre el sustrato de vidrio que se transporta por debajo y que luego se convertirá en una célula solar. Tras la aplicación, comienza la cristalización. Crece una capa ultrafina de una estructura semiconductora de perovskita que da nombre al grupo de materiales y capacidades a la célula solar. Unger, junto con los miembros de su equipo, el estudiante de doctorado Jinzhao Li y el Dr. Janardan Dagar, han descubierto ahora que la cantidad exacta de un disolvente orgánico llamadodimetilsulfóxido(DMSO) en la tinta del material es fundamental para este proceso. Unger lo utiliza como aditivo porque tiene un efecto sorprendente en la tinta. "El DMSO induce núcleos de cristalización para la perovskita", dice el investigador. Los núcleos de cristalización suelen ser granos diminutos que ayudan a poner en marcha un cristal y promover su crecimiento. "Durante los experimentos de difracción de rayos X en BESSY II, vimos una diferencia bastante grande entre las tintas con y sin DMSO añadido", explica el físico-químico.
Lo que cuenta es la cantidad
Sin embargo, como su equipo ha comprobado en muchos experimentos, la cantidad añadida juega un papel decisivo en este caso. Más DMSO favorece el crecimiento de los cristales, hasta cierto punto. Si se sobrepasa, entran en juego otros procesos y la microestructura resultante reduce el rendimiento de las células solares. "Es como condimentar una sopa", dice Unger. "Si se añade demasiado poco, queda sosa. Si se añade demasiado, tampoco tiene buen sabor. Así que hay que añadir la cantidad justa para que sea mejor". Además de la composición óptima, el equipo de HZB también ha investigado a fondo los procesos de envejecimiento y, por tanto, la vida útil de las tintas. "Este es un aspecto al que se ha prestado poca atención hasta ahora", explica Unger. "El envejecimiento de una tinta precursora de perovskita puede influir en el rendimiento del dispositivo. Es un factor importante que debe tenerse en cuenta a la hora de desarrollar tintas y procesos".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Jinzhao Li, Janardan Dagar, Oleksandra Shargaieva, Marion A. Flatken, Hans Köbler, Markus Fenske, Christof Schultz, Bert Stegemann, Justus Just, Daniel M. Többens, Antonio Abate, Rahim Munir, and Eva Unger; "20.8% Slot-Die Coated MAPbI3 Perovskite Solar Cells by Optimal DMSO-Content and Age of 2-ME Based Precursor Inks"; Adv. Energy Materials; 2021
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
