Las células solares de perovskita (PSC) son el área de investigación más emergente entre las diferentes tecnologías fotovoltaicas de nueva generación debido a su alta eficiencia y bajo costo de producción. Sin embargo, el actual proceso de fabricación por capas presenta dificultades que han obstaculizado la comercialización de esta tecnología.
Un equipo de investigación de la City University de Hong Kong (CityU) y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Estados Unidos han desarrollado un innovador método de recubrimiento en un solo paso que simplifica el proceso de fabricación y reduce las barreras de comercialización de los PSC.
Células solares de perovskita, la próxima tecnología fotovoltaica
El proceso típico de fabricación capa por capa consiste en depositar secuencialmente diferentes capas de la célula solar unas sobre otras. Este proceso ha dado buenos resultados en la producción de células solares de perovskita de alto rendimiento, pero plantea problemas que pueden obstaculizar su comercialización, como el aumento del costo de fabricación, la uniformidad insatisfactoria y la reproducibilidad.
Las células solares de perovskita (PSC) se consideran un candidato prometedor para la próxima generación de tecnología fotovoltaica con alta eficiencia y bajo costo de producción, revolucionando potencialmente la industria de las energías renovables. Sin embargo, el actual proceso de fabricación por capas presenta retos que han obstaculizado la comercialización de esta tecnología.
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Para superar estos problemas, los investigadores han inventado un nuevo método para fabricar células solares de perovskita invertida eficientes en las que el contacto selectivo de agujeros y el absorbedor de luz de perovskita pueden formarse espontáneamente en un único procedimiento de recubrimiento de la solución.
Los investigadores observaron que los ácidos fosfónicos o carboxílicos, incorporados a las soluciones precursoras de la perovskita, se autoensamblan en el sustrato de óxido de indio y estaño durante el procesamiento de la película de perovskita. Forman una robusta monocapa autoensamblada como un excelente contacto selectivo de agujeros mientras cristaliza la perovskita. Este procedimiento de recubrimiento en una única solución resuelve los problemas de humectabilidad y simplifica la fabricación del dispositivo, avanzando en la posibilidad de fabricación de los PSC.
“Reducir el número de pasos de procesamiento del dispositivo sin sacrificar su eficiencia ayudará a reducir la complejidad del proceso y el costo de fabricación, lo que mejorará la fabricabilidad de las PSC”, explicó el Dr. Zhu Zonglong, codirector de la investigación y profesor adjunto del Departamento de Química de CityU.
“Hemos abordado el problema de la fabricación con un método novedoso para procesar conjuntamente el contacto selectivo de huecos y la capa de perovskita en un solo paso, lo que ha dado como resultado una excepcional eficiencia del 24,5% y una estabilidad excepcional para las células solares de perovskita invertida. Esto contribuye a acercar un paso más la comercialización de la tecnología”, afirmó.
El dispositivo PSC tiene una eficiencia de conversión de energía del 24,5% y puede conservar más del 90% de su eficiencia inicial incluso después de 1.200 horas de funcionamiento en el punto de máxima potencia bajo iluminación continua. Su eficiencia y rendimiento son comparables a los de PSC similares del mercado.
El método muestra una buena generalidad, ya que es compatible con diversos sistemas moleculares de monocapas autoensambladas, composiciones de perovskita, disolventes y métodos de procesamiento escalables, como las técnicas de recubrimiento por rotación y recubrimiento por cuchillas.
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“Con la introducción de este innovador método, esperamos contribuir a la comunidad investigadora de la perovskita proponiendo un método más sencillo para fabricar células solares de perovskita de alto rendimiento y acelerar potencialmente su comercialización”, agregó el Dr. Zhu Zonglong.
El equipo de investigación tiene previsto seguir estudiando la relación entre las estructuras de las moléculas de monocapas autoensambladas y los precursores de perovskita para identificar un grupo óptimo de moléculas de monocapas autoensambladas para esta técnica, mejorando así el rendimiento global de las PSC.
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