Han perfeccionado un proceso para depositar verticalmente una solución hecha con un solvente de perovskita barato sobre un sustrato móvil situado debajo. No sólo han descubierto el papel crucial que desempeña uno de los disolventes usados, sino que también han estudiado con detenimiento las propiedades de envejecimiento y almacenamiento de la solución.
Las células solares de silicio cristalino siguen siendo la mayor parte de las instalaciones en tejados y parques solares. Pero hace tiempo que se han consolidado otras tecnologías, como las que convierten la luz solar en energía eléctrica mediante el uso de capas extremadamente finas 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 usando una tinta 2D. Y ahora su eficiencia se acerca a las de las células fabricadas con silicio cristalino.
Desarrollo de métodos escalables.
Se han desarrollado y usado muchos métodos para fabricar pequeños prototipos en laboratorio, aún en proceso de estudio y mejora. Pero la fabricación a escala industrial está aún muy lejos.
Unger lo sabe por experiencia propia: «Por desgracia, 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 el siguiente paso 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.
En este nuevo 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 desplaza 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 llamado dimetilsulfóxido (DMSO) en la tinta del material es fundamental para este proceso.
Unger lo usa 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 fomentar 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.
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 supera este punto, entran en juego otros procesos y la microestructura resultante reduce el rendimiento de las células solares.
«Es como sazonar 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. La edad de una tinta precursora de perovskita puede influir en el rendimiento del dispositivo. Es un factor importante que hay que tener en cuenta a la hora de desarrollar tintas y procesos.
Más información: onlinelibrary.wiley.com
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