Un grupo de investigadores liderado por la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill ha desarrollado nuevos mini módulos solares basados en células de perovskita tratadas con sulfonato de trifluorometano de zinc [Zn(OOSCF3)2].
“Este material de bajo coste se utiliza como aditivo en un porcentaje muy pequeño en la tinta de perovskita”, explicó a pv magazine el autor principal de la investigación, Jinsong Huang. “Su uso abarata los módulos de perovskita porque hace que la fabricación sea mucho más reproducible”.
Huang también explicó que la falta de uniformidad en las películas de perovskita se debe a la oxidación de las tintas de perovskita, especialmente a la oxidación del yoduro a yodo molecular cuando las tintas se exponen a un entorno ambiental durante el proceso de fabricación. Además, la introducción de sales de yoduro 2D en las tintas de perovskita introduce más intersticiales de yoduro. “Tanto la generación de yodo molecular en las tintas como los numerosos intersticiales de yoduro en las películas de perovskita presentan falta de uniformidad en las películas de perovskita y, por tanto, conducen a una mayor eficiencia célula-módulo”, añadió.
Los investigadores añadieron cinco sales de zinc diferentes a cinco muestras de tinta de perovskita y fabricaron pequeñas células solares mediante un proceso de recubrimiento con láminas. Las distintas formaciones de zinc eran formiato de zinc [Zn(OOCH)2], acetato de zinc [Zn(OOCCH3)2], trifluoroacetato de zinc [Zn(OOCCF3)2], trifluorometano sulfinato de zinc [Zn(OOSCF3)2] y trifluorometano sulfonato de zinc [Zn(OO2SCF3)2]. También fabricaron una célula de referencia sin añadir zink.
Además, cada célula se ensayó con diferentes concentraciones de aditivo: 0,14%, 0,28%, 0,42% y 0,55%. A nivel de célula, los científicos descubrieron que el Zn(OOSCF3)2 con una concentración del 0,28% ofrecía los mejores resultados, con una tensión media en circuito abierto de 1,18 V y un factor de llenado del 82%. Esto contrasta con una tensión en circuito abierto de 1,16 V y un factor de llenado del 80% en la célula de control.
“Los resultados indican que el Zn(OOSCF3)2 mejora la eficiencia del dispositivo a través de la pasivación de defectos, ya que tanto el voltaje de circuito abierto como el factor de llenado aumentan significativamente”, afirman los investigadores.
A continuación, utilizaron el Zn(OOSCF3)2 en la concentración optimizada para recubrir con láminas 78 cm2 de películas de perovskita, a partir de las cuales fabricaron minimódulos con una superficie de 78 cm2, 84 cm2 y 108 cm2, respectivamente. Todos ellos tenían 20 subceldas, cada una con una anchura de 6,5 mm.
“Los minimódulos fabricados muestran eficiencias de conversión de potencia del 19,60% y el 19,21% con áreas de apertura de 84 cm2 y 108 cm2, respectivamente, según certifica el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL)”, mostraban los resultados. “Se trata de la mayor eficiencia certificada para minimódulos de estos tamaños”.
Investigando más a fondo las propiedades optoelectrónicas y morfológicas de los minimódulos, los académicos destacaron que el Zn(OOSCF3)2 pasivaba los defectos de las perovskitas a pesar de que inducía cambios insignificantes en el tamaño del grano. “Los aniones CF3SOO- pueden reducir el yodo generado durante el envejecimiento de la solución de perovskita o del dispositivo. Al mismo tiempo, los cationes de zinc pueden precipitar el exceso de yoduro, de modo que la concentración intersticial de yoduro disminuye en todas las películas, lo que mejora la eficacia y la estabilidad del dispositivo”, explicaron.
Los científicos mostraron sus resultados en “Iodide manipulation using zinc additives for efficient perovskite solar minimodules” (Manipulación de yoduro utilizando aditivos de zinc para minimódulos solares de perovskita eficientes), publicado en Nature Communications. “Para comercializarlo, es necesario aplicarlo a equipos que puedan manipular módulos de mayor tamaño, como recubridores de ranura o de rollo a rollo”, concluye Huang.
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