Cómo reciclar el yoduro de metilamonio y plomo de las células solares de perovskita

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Un equipo de investigación alemán del Instituto Helmholtz Erlangen-Nürnberg de Energías Renovables y del Instituto Jülich de Energía ha logrado recuperar todas las capas de una célula solar planar de yoduro de plomo y metilamonio (MAPbI3) de perovskita utilizando un método de extracción con disolventes capa por capa, seguido de purificación para restaurar la calidad.

“Este método permite reciclar hasta un 99,97% de la masa, con lo que se conservan los recursos y se reducen los residuos”, afirman los científicos. “Las proyecciones tecnoeconómicas sugieren que el procedimiento de reciclado propuesto tiene el potencial de permitir un ahorro sustancial de costes. En el laboratorio, el reciclado podría reducir los costes de material hasta un 63,7%, y en la fabricación industrial hasta un 61,4%”.

“Me sorprendió que fuera posible recuperar un porcentaje tan alto del material original y que el reciclaje reportara un beneficio económico tan claro, incluso a escala de laboratorio”, declaró a pv magazine Ian Marius Peters, autor correspondiente de la investigación.

Los investigadores explicaron que los materiales de las células solares de haluro perovskita podrían recuperarse y procesarse hasta alcanzar una calidad que permitiera utilizarlos para fabricar una nueva célula solar sin pérdidas significativas en la calidad del material y la eficiencia del dispositivo. “Las capas de las células solares procesadas en disolución pueden separarse con relativa facilidad mediante disolución selectiva”, subrayaron.

El proyecto parece sencillo, pero no lo fue. El reciclaje del material spiro-OMeTAD utilizado en la capa de transporte de retención (hTL, por sus iniciales en inglés) no fue fácil debido a la presencia de aditivos residuales y múltiples, según Zhenni Wu, investigador principal del estudio. “Al final descubrimos que la reutilización de spiro-OMeTAD, manteniendo la eficiencia de la célula, no requiere la eliminación completa de las impurezas”, declaró Wu a pv magazine.

“Empezamos con un proceso de laboratorio. La limitación era que teníamos que empezar prácticamente de cero. Todavía estamos trabajando en nuestra configuración. Ahora queremos aumentar la eficiencia y demostrar que también se puede hacer con un módulo”, explica Peters.

Para evaluar la calidad del material reciclado, el equipo fabricó diversas células solares, algunas con varias capas de material reciclado y otras hechas enteramente con materiales reciclados. “Todas las combinaciones produjeron una eficiencia comparable a la de las células construidas exclusivamente con materiales frescos, lo que demuestra la eficacia del proceso de reciclado desarrollado”, señaló el equipo.

Se ensamblaron dos tipos de dispositivos: uno era una célula funcional típica de área pequeña fabricada con revestimiento por rotación; otro era un pseudomódulo más grande preparado con doctor blading o colado en gota. La pila era la siguiente: óxido de indio y estaño (ITO), una capa de óxido de estaño (IV) (SnO2), un absorbente de perovskita MAPbI3, una capa de transporte de huecos spiro-OMeTAD y un contacto de oro (Au).

Los investigadores señalaron que la pila se eligió por varias razones, una de las cuales es que permite la eliminación selectiva de materiales.

El equipo destacó que el vidrio ITO tiene la “máxima prioridad de reciclado”, ya que representa más de la mitad del valor y constituye la mayor parte de la masa del módulo, que es del 99,9%. “Poder reutilizar el sustrato repercutirá tanto en la viabilidad económica como en el balance de sostenibilidad de la célula”, afirma, y añade que merece la pena plantearse el cambio a FTO.

También subrayó que el elevado coste del spiro-OMeTAD exige un método de preparación más eficaz y escalable. Hasta que se encuentren sustitutos, reciclar el material es “crucial”. Otro aspecto importante es el uso del plomo. Según el equipo, su presencia en las células solares de perovskita de haluro metálico podría hacer necesario establecer procesos de recuperación como requisito previo para su comercialización.

Como indican las conclusiones de la investigación, la adopción de tecnologías de reciclado y respetuosas con el medio ambiente tiene implicaciones en el diseño y la fabricación. Por ejemplo, los disolventes utilizados en la fabricación de células solares de perovskita.

Wu explicó que la mayoría de los disolventes que se utilizan actualmente son peligrosos. “La investigación futura debería centrarse en encontrar alternativas más ecológicas para reducir la huella de carbono. Del mismo modo, en los procesos de reciclado debería darse prioridad a los disolventes respetuosos con el medio ambiente”, dijo Wu.

“La conclusión es que hay que reciclar los componentes de las células solares de perovskita, sobre todo los sustratos. Esto es válido no sólo para la industria, sino también para los laboratorios”, afirma Peters.

Los detalles del estudio aparecen en el artículo “Closing the loop: recycling of MAPbI3 perovskite solar cells” (Cerrando el círculo: reciclaje de células solares de perovskita MAPbI3), publicado en Energy & Environmental Science.

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