Un nuevo encapsulante para módulos y células solares de perovskita resiste múltiples pruebas de envejecimiento acelerado

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Un grupo de investigadores dirigido por la Universidad Tor Vergata de Roma (Italia) ha desarrollado un novedoso proceso de encapsulación de módulos y células solares de perovskita que supuestamente aumenta la estabilidad del dispositivo sin necesidad de utilizar productos químicos avanzados de perovskita con alta estabilidad interna o selladores de bordes específicos.

El equipo afirma que su novedosa encapsulación reduce las tensiones termomecánicas en la interfaz del encapsulante y el electrodo posterior. Se basa en un material adhesivo líquido de poliisobutileno (PIB) altamente viscoelástico y se describe como una solución industrialmente compatible que no requiere disolventes en un proceso de laminación sin tensiones.

“En este trabajo, a diferencia de los encapsulantes a base de PIB disponibles comercialmente y utilizados habitualmente en la literatura para células solares de perovskita, proponemos el PIB homopolímero de bajo peso molecular como líquido semisólido transparente y viscoelástico procesable en forma de películas laminables”, especificaron los científicos. “Además, demostramos que las propiedades de adherencia, barrera y gestión térmica de nuestro encapsulante de PIB homopolímero pueden mejorarse mediante la adición de rellenos inorgánicos bidimensionales (2D), concretamente (nano)escamas de nitruro de boro hexagonal (h-BN) de pocas capas producidas a escala industrial mediante un proceso patentado de exfoliación por molienda de chorro húmedo (WJM) del polvo nativo a granel”.

Los académicos probaron su solución en células solares fabricadas sobre sustratos de vidrio con configuraciones n-i-p mesoscópicas y planares, además de una célula con una configuración p-i-n invertida. También se probó un espécimen bifacial semitransparente. Los investigadores también fabricaron módulos basados en células n-i-p mesoscópicas hechas con un absorbedor basado en material de perovskita de metilamonio (MA).

Probaron dos versiones del novedoso encapsulante. Una con rellenos bidimensionales de un material de nitruro de boro (PIB:h-BN) y otra sin ellos. Las células medían 1 cm2, mientras que los módulos tenían un área activa de 10 cm2, basada en 5 células con un área activa de 2 cm2.

Los dispositivos se encapsularon a 90 C en un proceso de laminación por presión diferencial basado en un laminador automático de paneles solares de dos cámaras suministrado por el especialista italiano Rise Technology, junto con un sistema de refrigeración. Las células y los módulos se sometieron a múltiples pruebas de envejecimiento acelerado, así como a una prueba de choque térmico personalizada y a una prueba de congelación por humedad modificada.

“La adición de nitruro de boro hexagonal bidimensional conductor térmico a la matriz polimérica mejora las propiedades de barrera y gestión térmica del encapsulante”, afirman los investigadores. “Sin ningún sellador de bordes, los dispositivos encapsulados resistieron pruebas multifacéticas de envejecimiento acelerado, conservando más del 80% de su eficacia inicial”.

El grupo ve el trabajo como un paso hacia módulos estables a largo plazo fabricados con encapsulantes económicos y de baja temperatura que puedan aplicarse en una línea de fabricación de alto rendimiento, lo que permitiría a las células solares de perovskita ser competitivas con las tecnologías solares convencionales de silicio cristalino. También prevé la compatibilidad con una amplia gama de composiciones de perovskita.

“En general, nuestros resultados indican que los conceptos de encapsulación semisólida/líquida mitigan eficazmente las tensiones térmicas y termomecánicas durante la aplicación del encapsulante, al tiempo que proporcionan un excelente rendimiento de barrera para la realización de PSC y PSM estables a largo plazo, con el objetivo de hacer frente a la competencia con los PV basados en Si”, concluyó el equipo.

El trabajo se detalla en el artículo “Low-temperature strain-free encapsulation for perovskite solar cells and modules passing multifaceted accelerated ageing tests” (Encapsulación libre de tensiones a baja temperatura para módulos y células solares de perovskita que superan pruebas multifacéticas de envejecimiento acelerado), publicado en Nature Communications. El equipo de investigación estaba formado por científicos de la Universidad de Génova, el Instituto de Estructura de la Materia (ISMCNR), el Consejo Nacional de Investigación italiano (CNR) y el Istituto Italiano di Tecnologia.

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