Las células solares de gran superficie fabricadas con materiales híbridos de perovskita han dado un paso más hacia la comercialización gracias a investigadores de Australia y el Reino Unido que fabricaron las células con métodos industriales por primera vez. Producidas en condiciones ambientales utilizando una técnica conocida como impresión rollo a rollo, las celdas muestran eficiencias de conversión de energía relativamente altas de hasta el 15.5% para celdas individuales de área pequeña y del 11% para las conectadas en serie en módulos de área grande. Según los investigadores, la producción de las células también sería barata, y los costes calculados se reducirían a 0.70 dólares por vatio una vez que la producción alcance 1 de m000.² por año.

Un material de perovskita se denomina "híbrido" cuando contiene componentes tanto orgánicos como inorgánicos. Como todas las perovskitas, los híbridos tienen la fórmula química ABX.₃, pero en este caso A es un catión orgánico, mientras que B es plomo y X puede ser yoduro, bromuro u otro haluro. Estructuralmente, contienen una estructura de haluro de plomo que está llena de pequeños cationes orgánicos, y son muy prometedoras para las células solares de película delgada porque sus bandas prohibidas sintonizables les permiten absorber luz en una amplia gama de longitudes de onda del espectro solar.

"Llevamos mucho tiempo trabajando en células solares orgánicas impresas, pero el campo de las células solares orgánicas avanzaba relativamente lentamente cuando surgieron las células solares de perovskita", afirma Doojin Vak de Australia Organización de Investigación Científica e Industrial de la Commonwealth (CSIRO), quien dirigió el proyecto junto con colegas de la Universidad de Cambridge, Universidad Monash y del Universidad de Nueva Gales del Sur.

Para investigadores como Vak, lo interesante de las células solares híbridas de perovskita es que sus eficiencias de conversión de energía están, en principio, a la par de las de los materiales de células solares establecidos, como el silicio, el arseniuro de galio o el telururo de cadmio. Sin embargo, en la práctica, las células solares híbridas de perovskita de alta eficiencia hasta ahora sólo se han demostrado en el laboratorio. Fabricar dispositivos eficientes de gran superficie a partir de estos materiales mediante procesos industriales sigue siendo un desafío.

Una eficiencia del 11% en paneles de 50 cm²

En el último trabajo, Vak y sus colegas demostraron que podían producir paneles solares híbridos de perovskita con eficiencias del 11% y un área de hasta 50 cm.² mediante impresión rollo a rollo. Esta técnica produce células en un proceso continuo que se asemeja a la forma en que se imprimen los periódicos, con etapas sucesivas de recubrimiento, impresión y secado que transforman un rollo de película en un extremo en un rollo lleno del producto terminado en el otro.

Muchos procesos industriales completan todos estos pasos de fabricación en una sola pasada. En este caso, sin embargo, los investigadores utilizaron múltiples experimentos para fabricar sus dispositivos. También reemplazaron los electrodos metálicos a base de vacío empleados convencionalmente en la impresión rollo a rollo por electrodos de carbono impresos que son compatibles con materiales de perovskita.

Gracias a este ajuste, el equipo pudo fabricar y analizar más de 10 células solares al día. Este experimento de "alto rendimiento" permitió a los investigadores identificar rápidamente valores óptimos para varios parámetros de procesamiento, lo que aumentó la eficiencia de los dispositivos finales.

Prototipos para diversas aplicaciones.

"Pensábamos que las células solares de perovskita también podrían imprimirse completamente como las de base orgánica y hemos logrado grandes avances", afirma Vak. "El último obstáculo fue eliminar los electrodos posteriores basados ​​en vacío y logramos lograr ese objetivo en este trabajo".

Los investigadores dicen que los módulos que produjeron podrían usarse como prototipos para realizar pruebas en diversas aplicaciones. “Si bien no está en el nivel para ser adoptado fácilmente en campos tradicionales donde normalmente se usarían tecnologías solares maduras como las células solares de silicio, hemos identificado aplicaciones. y mercados premium en los que esta tecnología tendrá una ventaja competitiva”, afirma Vak. "Por ejemplo, hemos estado investigando aplicaciones espaciales y hemos instalado módulos solares de perovskita impresos en un satélite lanzado recientemente".

En este estudio, publicado en Nature Communications, los módulos solares más grandes que fabricaron los investigadores medían 10 cm x 10 cm. Si bien esto se considera considerable dentro de la investigación académica, todavía es demasiado pequeño para aplicaciones del mundo real. Por tanto, el siguiente paso de los investigadores es ampliar su técnica. "Afortunadamente, acabamos de completar la instalación de una instalación de impresión de última generación para células solares de perovskita en CSIRO y podremos avanzar en la tecnología con esta nueva impresora a escala piloto", dice Vak. Mundo de la física.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/roll-to-roll-fabricated-hybrid-perovskite-solar-cells-reach-record-efficiencies/