Investigadores han desarrollado una técnica de bajo coste y eficiente desde el punto de vista energético para producir materiales fotovoltaicos de perovskita a escala industrial.
Al introducir un codisolvente en la técnica de recubrimiento por centrifugación, han logrado reducir los residuos y otros subproductos tóxicos del proceso.
Dado que muchos fabricantes ya disponen de la tecnología de recubrimiento por centrifugación, esta nueva técnica facilitará la producción masiva de células solares de perovskita, al tiempo que reducirá el coste.
Los investigadores han demostrado una técnica para producir materiales fotovoltaicos de perovskita a escala industrial, que reducirá el coste y mejorará el rendimiento de las células solares de perovskita producidas en masa.
La técnica es de bajo coste, sencilla, eficiente desde el punto de vista energético y debería allanar el camino para la fabricación de células solares de perovskita. La perovskita es de interés para las células solares porque absorbe la luz de manera muy eficiente. Esto permite crear células solares ligeras y flexibles que pueden incorporarse a una amplia gama de tecnologías, como las ventanas de edificios o vehículos.
“En el laboratorio, los investigadores producen materiales fotovoltaicos de perovskita mediante una técnica llamada recubrimiento por centrifugación, que crea una capa fina de perovskita sobre un sustrato, pero solo a pequeña escala”, afirma Aram Amassian, coautor correspondiente de un artículo sobre este trabajo y catedrático de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
“Hablamos de sustratos de muestra de solo uno o dos centímetros cuadrados. Sin embargo, la gente no creía que fuera posible escalar el recubrimiento por centrifugación para la fabricación utilizando sustratos de decenas de centímetros cuadrados. En su lugar, se han optado por otros métodos diversos. Pero estos otros métodos producen fotovoltaicos de perovskita que no funcionan tan bien como las capas finas obtenidas mediante recubrimiento por centrifugación y requirieron una investigación y un desarrollo considerables.”
“Lo que hemos hecho aquí es demostrar que se pueden producir fotovoltaicos de perovskita en sustratos más grandes mediante recubrimiento por centrifugación, diseñando una estrategia de dilución con codisolvente”, afirma Michael Grätzel, coautor correspondiente del artículo y catedrático de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne.
“En otras palabras, se puede ampliar la producción de fotovoltaicos y conservar el excelente rendimiento de prácticamente cualquier tipo de capa fina de perovskita producida mediante recubrimiento por centrifugación.”
Históricamente, se pensaba que el recubrimiento por centrifugación no podía utilizarse para producir fotovoltaicos de perovskita sobre sustratos de escala industrial de forma eficiente en el uso de materiales, debido a la naturaleza tanto del recubrimiento por centrifugación como de las perovskitas.
El recubrimiento por centrifugación consiste en colocar un líquido sobre la superficie de un sustrato y después hacer girar el sustrato para que el material líquido se extienda por la superficie. Sin embargo, al aplicar perovskita con esta técnica, los disolventes que la mantienen en estado líquido no se evaporan con suficiente rapidez. Esto hace que salga despedida por los bordes gran parte del material de perovskita, que se desperdicia. También se produce un grosor irregular de la perovskita en la superficie, así como que algunas zonas tarden más que otras en secarse. Todo ello supone un problema 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 extienda de manera uniforme y se seque con gran rapidez y homogeneidad”, afirma Hong Zhang, de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, coautor principal del artículo.
La nueva técnica también reduce de forma significativa los residuos y, por extensión, los subproductos tóxicos asociados a la fabricación de fotovoltaicos de perovskita.
“La ventaja de esta técnica es que muchas industrias ya utilizan tecnologías de recubrimiento por centrifugación para producir todo tipo de productos”, afirma el coautor correspondiente Aldo Di Carlo, catedrático de la Universidad de Roma Tor Vergata.
“Nuestro trabajo demuestra que estas tecnologías existentes podrían utilizarse para crear células solares de perovskita. Esto podría acelerar realmente la producción y el despliegue de paneles y células solares de perovskita.”
Los colaboradores del proyecto de demostración ya utilizan la nueva técnica para producir módulos de decenas de centímetros de lado, con excelente uniformidad y rendimiento.
“Mi equipo se centra ahora en utilizar la automatización de procesos y la inteligencia artificial para seguir avanzando en este trabajo y mejorar aún más la eficiencia, la estabilidad y la sostenibilidad de los fotovoltaicos de perovskita”, afirma Amassian. “Esperamos colaborar con agentes del sector público y privado para encontrar formas de poner en práctica este trabajo y acelerar el desarrollo de las tecnologías de células solares de perovskita.”
El artículo aparece en la revista Nature Communications. Otros coautores proceden de NC State y de la Universidad de Roma Tor Vergata.
El trabajo recibió apoyo del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, la Fundación Nacional Suiza para la Ciencia, el Ministerio Italiano de Desarrollo Económico y la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos.
