Investigadores desarrollan una célula solar de perovskita con una eficiencia del 18,2% mediante un proceso escalable de inyección de tinta

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Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ha desarrollado un proceso escalable de dos pasos para la formación de películas delgadas de perovskita orgánica que tiene el potencial de ser utilizado en sustratos texturizados.

El proceso, que se describe como una técnica escalable y fiable para la deposición de perovskita de alta calidad, combina el uso de una capa evaporada de yoduro de plomo con materiales precursores de perovskita orgánica impresos por inyección de tinta.

“Ha sido un reto y un gran éxito elevar el rendimiento de las células solares basadas en yoduro de plomo evaporado a los mismos niveles de rendimiento que los dispositivos con andamiaje de yoduro de plomo recubierto por centrifugación”, declaró a pv magazine el autor principal correspondiente, Raphael Pesch, añadiendo que el equipo fue capaz de adaptar la porosidad con un tratamiento económico de vapor de dimetilsulfóxido (DMSO). “Identificamos pronto que la porosidad del yoduro de plomo en el primer paso es crucial para la conversión en nuestro proceso de fabricación en dos pasos”.

También se dice que el proceso presenta una alta reproducibilidad y potencial para el crecimiento conforme sobre silicio texturizado, y que proporciona películas libres de efectos de secado y disolventes tóxicos.

Con la técnica propuesta, las películas se depositan utilizando una impresora de chorro de tinta Pixdro LP50 del proveedor alemán SÜSS, equipada con un cabezal de impresión Sapphire QS-256/10 AAA, que tiene 16 veces más boquillas que los cabezales de impresión típicos utilizados en los laboratorios para este tipo de aplicaciones. “Esto no sólo ayuda a aumentar el tiempo de interacción entre la gota y la superficie, que es necesario para evitar efectos de secado de gran superficie, sino que también reduce la probabilidad de que se produzcan agujeros de alfiler”, afirma Pesch.

Refiriéndose al cabezal de impresión Sapphire utilizado en el estudio, el jefe del grupo de próxima generación fotovoltaica de KIT, Ulrich W. Paetzold, señaló que también puede utilizarse en impresoras de mayor tamaño, como la n.jet lab de Notion Systems, capaz de imprimir áreas de 0,61 x 0,61 metros cuadrados a una velocidad de 2 metros por segundo.

Paetzold subrayó la rentabilidad del proceso. “Los materiales precursores orgánicos necesarios para construir células solares de perovskita pueden ser bastante caros”, añadió. “Mientras que el rendimiento del material tiende a ser bajo cuando se evapora, la impresión por chorro de tinta nos permite lograr un rendimiento casi perfecto del material, de casi el 100%”.

Mediante la optimización de los parámetros de impresión, el grupo consiguió dispositivos campeones con una eficiencia del 18,2%, lo que, según señaló, está “a la par con sus homólogos de recubrimiento por centrifugación”.

“Nos sorprendió mucho en el laboratorio ver el impacto significativo que este paso adicional tiene en el rendimiento de las células”, dijo Paetzold a pv magazine, señalando que aún queda trabajo por hacer para superar el proceso de spin-coating basado en laboratorio.

“Los dispositivos de referencia recubiertos por centrifugación siguen ofreciendo un rendimiento ligeramente superior al de los procesos escalables”, afirma Paetzold. Los óptimos resultados de este estudio se atribuyeron a la morfología de la película fina de yoduro de plomo y a la resolución seleccionada del proceso de impresión, así como al paso de entremezclado y estequiometría que permitió el tratamiento con vapor DMSO para aumentar la porosidad del yoduro de plomo.

La novedosa técnica se describe en el artículo “Hybrid Two-Step Inkjet-Printed Perovskite Solar Cells” (Células solares híbridas de perovskita impresas con inyección de tinta en dos pasos), publicado recientemente en RRL Solar.

De cara al futuro, el equipo trabajará en la integración del proceso en la fabricación de dispositivos en tándem y dispositivos de gran superficie. “El objetivo final es procesar células de fondo de silicio de tamaño completo”, afirma Paetzold.

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