Nueva técnica aumenta la eficiencia y la sostenibilidad de las células solares de perovskita a gran escala

Un equipo internacional de investigadores ha demostrado una técnica para producir materiales fotovoltaicos de perovskita a escala industrial, que reducirá el costo y mejorará el rendimiento de las células solares de perovskita producidas en masa.

La técnica es de bajo costo, simple, energéticamente eficiente y debería allanar el camino para la creación de células solares de perovskita. La perovskita es de interés para las células solares porque absorbe la luz de manera muy eficiente. Esto permite la creación de células solares ligeras y flexibles que pueden incorporarse a una variedad de tecnologías, como las ventanas de edificios o vehículos.

«En el laboratorio, los investigadores producen materiales fotovoltaicos de perovskita utilizando una técnica llamada revestimiento por rotación, que crea una película delgada de perovskita sobre un sustrato, pero solo a pequeña escala», dice Aram Amassian, coautor de un artículo sobre el trabajo y profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

«Estamos hablando de sustratos de muestra que tienen solo uno o dos centímetros cuadrados. Sin embargo, la gente no creía que fuera posible escalar el revestimiento por rotación para la fabricación, utilizando sustratos que tienen decenas de centímetros cuadrados. En cambio, la gente optó por para una variedad de otros métodos. Pero estos otros métodos producen fotovoltaicos de perovskita que no funcionan tan bien como las películas delgadas hechas con recubrimiento por rotación y requirieron una investigación y desarrollo significativos».

«Lo que hemos hecho aquí es demostrar que se puede producir energía fotovoltaica de perovskita en sustratos más grandes utilizando el recubrimiento por rotación mediante el diseño de una estrategia de dilución de codisolvente», dice Michael Grätzel, coautor del artículo y profesor de la École Polytechnique Fédérale de Lausana. «En otras palabras, puede aumentar la producción de energía fotovoltaica y preservar el excelente rendimiento de casi cualquier tipo de película delgada de perovskita producida con recubrimiento por rotación».

Históricamente, la gente pensaba que el revestimiento por rotación no se podía utilizar para producir fotovoltaicos de perovskita en sustratos a escala industrial de una manera eficiente debido a la naturaleza tanto del revestimiento por rotación como de las perovskitas.

El recubrimiento por rotación implica colocar un líquido sobre la superficie de un sustrato y luego girar el sustrato, de modo que el material líquido se extienda por la superficie. Sin embargo, cuando se aplica perovskita usando esta técnica, los solventes que mantienen la perovskita en estado líquido no se evaporan lo suficientemente rápido. Esto hace que gran parte de la perovskita salga volando por los bordes, lo que significa que se desperdicia gran parte del material de perovskita. También da como resultado un grosor irregular de la perovskita en la superficie, así como que algunas áreas de la perovskita tardan más que otras en secarse. Todo lo cual es problemático desde el punto de vista de la fabricación.

«Nuestro enfoque aborda este desafío mediante la introducción de un codisolvente que permite que la perovskita líquida se distribuya uniformemente y se seque muy rápida y uniformemente», dice Hong Zhang de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, coautora principal del artículo.

La nueva técnica también reduce significativamente los desechos y, por extensión, reduce los subproductos tóxicos asociados con la fabricación de fotovoltaicos de perovskita.

«La belleza de esta técnica es que muchas industrias ya utilizan tecnologías de recubrimiento por rotación para producir todo tipo de productos», dice Aldo Di Carlo, coautor del artículo y profesor de la Universidad de Roma Tor Vergata. «Nuestro trabajo demuestra que estas tecnologías existentes podrían usarse para crear células solares de perovskita. Esto realmente podría acelerar la producción y el despliegue de paneles y células solares de perovskita».

Los colaboradores del proyecto de demostración ya están utilizando la nueva técnica para producir módulos de decenas de centímetros de ancho con excelente uniformidad y rendimiento.

«Mi equipo ahora se centra en el uso de la automatización de procesos y la inteligencia artificial para aprovechar este trabajo y mejorar aún más la eficiencia, la estabilidad y la sostenibilidad de la energía fotovoltaica de perovskita», dice Amassian. «Esperamos trabajar con los intereses del sector público y privado para encontrar formas de implementar este trabajo y acelerar el desarrollo de tecnologías de células solares de perovskita».

El trabajo se realizó con el apoyo del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza, el Ministerio de Desarrollo Económico de Italia y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU. con el número de subvención N00014-20-1-2573.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Carolina del Norte. Original escrito por Matt Shipman. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.