Una célula fotovoltaica de perovskita revestida con tinta precursora alcanza una eficiencia del 22,54%

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Científicos del Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH de Alemania han desarrollado una nueva técnica de tinta precursora para mejorar la calidad de la película en células solares de haluro perovskita. En el estudio «Ink Design Enabling Slot-Die Coated Perovskite Solar Cells with >22% Power Conversion Efficiency, Micro-Modules, and 1 Year of Outdoor Performance Evaluation» (Diseño de tinta que permite células solares de perovskita recubiertas de ranura con una eficiencia de conversión de energía superior al 22%, micromódulos y un año de evaluación del rendimiento en exteriores), publicado recientemente en Advanced Energy Materials, los investigadores explican que utilizaron una tinta precursora de triyoduro de plomo y formamidinio (FAPbI3) basada en 2-metoxietanol en el proceso de recubrimiento con slot-die.

El slot-die es un proceso de recubrimiento utilizado para depositar películas finas y uniformes con un desperdicio de material limitado y bajos costes operativos.

«El recubrimiento por troquel ranurado es uno de los procesos más prometedores que permiten el recubrimiento de lámina a lámina, el recubrimiento continuo de rollo a rollo y la tecnología de dispositivos optoelectrónicos procesables en solución, como los dispositivos electrónicos orgánicos y las células solares de polímero», declaró el equipo, señalando que la industria utiliza habitualmente el recubrimiento por rotación para la producción de células de perovskita.

Los investigadores señalaron que el nuevo método de tinta precursora tiene por objeto evitar los denominados efectos de nervadura que suelen aparecer en los dispositivos solares de perovskita con troquel de ranura y que causan formas irregulares en las películas de perovskita húmeda depositadas.

El «ribbing» es un efecto común que se observa en el menisco aguas abajo cuando las fuerzas viscosas y capilares entre la tinta, el slot-die y el sustrato están desequilibradas», afirmaron.

Ajustaron la viscosidad de la tinta mediante acetonitrilo (ACN) con una concentración del 46%. El compuesto actuó como cosolvente de la película fina de FAPbI3 y mejoró su calidad y la homogeneidad de la capa.

El grupo alemán utilizó esta técnica en una célula solar de área reducida, que alcanzó una eficiencia de conversión de potencia del 22,54%, el valor certificado más alto hasta la fecha para una célula solar de perovskita recubierta con un troquel de ranura. El dispositivo también alcanzó una tensión de circuito abierto de 1,088 V, una corriente de cortocircuito de 24,9 mA cm2 y un factor de llenado del 83,1%. El laboratorio alemán Fraunhofer ISE CalLab confirmó este resultado.

El equipo también construyó minimódulos con áreas activas de 12,7 cm2 y una eficiencia del 17,1%.

«Se realiza un año completo de pruebas de estabilidad en exteriores con seguimiento continuo del punto de máxima potencia en dispositivos encapsulados y se demuestra que estos dispositivos mantienen cerca del 100% de su rendimiento inicial durante el invierno y la primavera, seguido de un descenso significativo del rendimiento durante los meses más cálidos del verano», afirman los investigadores.

De cara al futuro, los investigadores tienen previsto ampliar la tecnología a dispositivos de mayor superficie y evaluar su rendimiento en distintas condiciones de exposición a largo plazo.

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