Un grupo de investigación internacional ha demostrado un método para fabricar células solares de perovskita sobre sustratos de policarbonato que es compatible con los procesos de producción industrial de dispositivos fotovoltaicos flexibles.
«Aquí desarrollamos la primera célula solar de perovskita sobre láminas de policarbonato con una eficiencia de conversión de potencia del 13,0% mediante el desarrollo de una capa de planarización recubierta de láminas que también proporcionaba la resistencia necesaria a los disolventes», declaró a pv magazine Zeynab Skafi, primer autor del estudio.
Las pruebas indicaron que el 87% de la eficiencia se mantiene tras 1000 ciclos de flexión en un radio de 20 mm. «Las pruebas de almacenamiento en oscuridad (ISOS-D-1) y estabilidad térmica (ISOS-T-1) mostraron valores T80 de 1776 h y 144 h, respectivamente», explicó el grupo.
También señaló que estos valores podrían mejorarse eventualmente aplicando barreras de permeabilidad ultraelevada, ya que en investigaciones anteriores se ha demostrado que reducen los índices de transmisión de vapor de agua en tres órdenes de magnitud.
Tras señalar que el policarbonato presenta ventajas sobre otros sustratos flexibles, como el tereftalato de polietileno (PET) y el naftalato de polietileno (PEN), debido a su temperatura de transición vítrea relativamente alta y a su baja absorción de humedad, el equipo subrayó que tiene una «excelente transparencia» del 90% en el espectro visible, comparable a la del PET y el PEN, con un 90% y un 88,7%, respectivamente.
Añadió que el policarbonato no se había utilizado antes para este tipo de aplicación a pesar de otras ventajas, como ser ligero, flexible y de bajo coste. «Hasta ahora, el policarbonato no se había utilizado nunca para este fin, a pesar de que tiene un mercado enorme, no muy lejos del del PET y mucho mayor que el del PEN, debido a su escasa resistencia a los disolventes y a su elevada rugosidad superficial», declaró a pv magazine el autor correspondiente, Thomas M. Brown.
El equipo solucionó los problemas de rugosidad y resistencia a los disolventes aplicando una capa planarizante de resina refractaria comercial de curado ambiental mediante un método de revestimiento con cuchillas.
Al parecer, este paso redujo «la rugosidad de la superficie de 1,46 µm a 23 nm, y recortó a la mitad la tasa de transmisión de vapor de agua, lo que “mejoró significativamente” la resistencia a los disolventes y permitió la deposición de tintas precursoras».
En el experimento, las células solares de perovskita se fabricaron de la siguiente manera: un sustrato de policarbonato y óxido de indio y estaño (ITO), una capa de transporte de electrones de óxido de estaño (SnO2), una capa de perovskita, una capa de transporte de huecos basada en Spiro-MeOTAD y contactos de oro (Au). La capa de ITO se optimizó controlando la transmitancia, la resistencia de la lámina, la rugosidad de la superficie y todas las capas, excepto los dos electrodos, que se procesaron en solución a bajas temperaturas inferiores a 100 C.
El equipo destacó que el proceso de fabricación es «compatible con la fabricación de bajo coste» y permite la integración con otros componentes electrónicos impresos.
Los investigadores concluyeron que la combinación de células de perovskita con láminas de policarbonato permite integrar las capacidades de captación de luz en una amplia gama de aplicaciones de interior y exterior. «Abrir el mercado de las células solares flexibles a nuevos materiales de sustrato puede desempeñar un papel importante en el futuro para la captación de energía, alimentar futuros dispositivos electrónicos y contribuir a mercados en rápido crecimiento como el de las ventanas inteligentes, las claraboyas, los edificios, las tarjetas digitales y de identificación inteligentes», afirma Brown.
Los resultados se detallan en «Flexible Perovskite Solar Cells on Polycarbonate Film Substrates» (Células solares de perovskita flexibles sobre sustratos de película de policarbonato), publicado en Advanced Energy Materials.
El grupo de investigación estaba formado por investigadores italianos del CHOSE (Centro de Energía Solar Híbrida y Orgánica) de la Universidad Tor Vergata, el Centro de Investigación ENEA Frascati, Halocell Europe y el Istituto di Struttura della Materia, junto con científicos del Instituto Fraunhofer de Electrónica Orgánica, Tecnología de Haz de Electrones y Plasma (FEP) de Alemania y la Universidad de Guilan (Irán).
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