La fotovoltaica de perovskita ha demostrado ser muy prometedora en cuanto a la eficiencia de los dispositivos, pero también en cuanto a la escalabilidad mediante la fabricación procesada en disolución. Los esfuerzos por escalar las perovskitas se han llevado a cabo mediante andamiajes mesoporosos imprimibles y el recubrimiento de sustratos flexibles rollo a rollo (R2R).
Sin embargo, hasta la fecha no se han demostrado dispositivos totalmente recubiertos con R2R debido a la falta de un electrodo posterior compatible procesable en solución; en su lugar, se emplean contactos metálicos evaporados de alto valor como postproceso.
Los ingenieros del Centro de Innovación y Conocimiento SPECIFIC de la Universidad de Swansea han establecido una formulación de tinta de carbono de bajo coste y escalable capaz de liberar, por primera vez, el potencial de fabricación a escala de células solares de perovskita.
Los investigadores utilizaron el recubrimiento de matrices de ranura en un proceso de rollo a rollo (R2R) para desarrollar un sistema fotovoltaico (FV) de perovskita «totalmente imprimible». Buscaban una alternativa al electrodo de oro que suele aplicarse mediante un costoso y lento proceso de evaporación una vez impreso el dispositivo.
La clave estaba en encontrar la mezcla de disolventes adecuada, que se secara como una película sin disolver la capa subyacente. El análisis de difracción de rayos X demostró que la tinta de electrodos de carbono es capaz de ello cuando se formula con un sistema de disolventes ortogonal. Esta innovadora capa puede aplicarse de forma continua y compatible con las capas subyacentes a baja temperatura y alta velocidad.
David Beynon, investigador principal de SPECIFIC.
El nuevo dispositivo totalmente recubierto con R2R se imprimió en un sustrato flexible de 20 m de longitud. En las pruebas de laboratorio, los dispositivos con electrodos de carbono proporcionaron un rendimiento fotovoltaico similar al de los electrodos de oro evaporado convencionales. En concreto, los resultados mostraron que se alcanzan eficiencias de dispositivo a pequeña escala del 13-14%, igualando el rendimiento del dispositivo de electrodos de oro evaporado.
Las ventajas adicionales incluyen un mejor rendimiento a temperaturas más altas y una mayor estabilidad a largo plazo. Además, este prototipo de perovskita totalmente recubierto de R2R alcanzó una eficiencia de conversión de potencia estabilizada superior al 10% (10,8), con una estabilidad a largo plazo sin encapsular que retuvo el 84% de su eficiencia original durante 1000 horas.
Para nosotros, en la Universidad de Swansea, el próximo reto en el campo de la energía fotovoltaica impresa es demostrar a la gente que funciona. Para lograrlo, tenemos que empezar a fabricar algo que se parezca realmente a un panel solar. Entonces podremos instalarlos en edificios y comprender lo cerca que estamos de cumplir la promesa de fabricar en el Reino Unido energías renovables ecológicas.
David Beynon
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