Han perfeccionado un proceso para depositar verticalmente una solución elaborada a partir de un disolvente de perovskita económico sobre un sustrato móvil situado en la parte inferior. Además de descubrir el papel crucial que desempeña uno de los disolventes utilizados, también han estudiado detenidamente las propiedades de envejecimiento y almacenamiento de la solución.
Las células solares de silicio cristalino siguen representando la mayor parte de las instalaciones en tejados y parques solares. Pero hace tiempo que también se han consolidado otras tecnologías, como las que convierten la luz solar en energía eléctrica mediante el uso de capas extremadamente finas con material de células solares que se depositan 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 utilizando una tinta 2D“, explica la investigadora. “Y ahora sus eficiencias se acercan a las conseguidas por las células fabricadas con silicio cristalino”.
El desarrollo como métodos escalable
Se han desarrollado y utilizado muchos métodos para fabricar pequeñas células de prueba en el laboratorio, donde se pueden estudiar y mejorar. Pero la fabricación a escala industrial está aún muy lejos. Unger lo sabe por experiencia propia: “Desgraciadamente, los procesos optimizados para producir 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 un paso más 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 para empezar.
“Hemos experimentado aquí con el recubrimiento de placas ranuradas”, explica. En este proceso, la “tinta”, como se conoce en el sector a la fina solución líquida compuesta por la perovskita, el disolvente y el aditivo, fluye desde una boquilla en forma de ranura y cae como una especie de corriente sobre el sustrato de cristal que se transporta por debajo y que posteriormente 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 (dimethyl sulfoxide, DMSO) en la tinta del material es fundamental para este proceso.
Unger lo utiliza como aditivo porque tiene un efecto sorprendente en la tinta. “El DMSO induce núcleos de cristalización para la perovskita”, dice la investigadora.
Los núcleos de cristalización suelen ser granos diminutos que ayudan a poner en marcha un cristal y promover 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”, explica la físico-químico.
La cantidad es lo que cuenta
Sin embargo, como su equipo ha descubierto 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 sobrepasa, entran en juego otros procesos y la microestructura resultante reduce el rendimiento de las células solares.
“Es como condimentar una sopa”, dice Unger. “Si se añade demasiado poco, queda insípida. 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”, explica Unger. “El envejecimiento de una tinta de perovskita puede influir en el rendimiento del dispositivo. Es un factor importante que debe tenerse en cuenta a la hora de desarrollar tintas y procesos”.
Noticia tomada de: EurekAlert / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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