La fabricación de la impresión por inyección de tinta abre el camino a la producción práctica de células solares de perovskita
El nuevo enfoque podría ofrecer una producción escalable de células solares de alta eficiencia
Los investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe han desarrollado una nueva técnica de fabricación basada en la impresión por chorro de tinta que podría permitir una producción rápida, eficiente y escalable de células solares de perovskita.
pruzi/ Pixabay
Los semiconductores de perovskita son un material muy prometedor para las células solares porque absorben la luz y la convierten en energía con una mayor eficiencia y unos costes de producción potencialmente más bajos que el silicio que se utiliza actualmente. Sin embargo, es necesario trabajar más para lograr una fabricación práctica a escala industrial de células solares de perovskita.
Helge Eggers, estudiante de doctorado del grupo de investigación del Dr. Ulrich W. Paetzold del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, presentará el nuevo enfoque de impresión por chorro de tinta en el Congreso de Fotónica Avanzada 2020 de la Sociedad Óptica (OSA), una reunión totalmente virtual que se celebrará del 13 al 16 de julio.
La impresión por chorro de tinta es un método de deposición escalable y eficiente para materiales basados en soluciones que permite ajustar fácilmente los patrones de impresión.
"El desarrollo de un proceso de impresión por chorro de tinta que funcione bien para la fabricación de células solares de perovskita no sólo podría permitir una producción en masa de bajo costo, sino que también ofrecería la posibilidad de modificar fácilmente el diseño impreso basado en archivos de imágenes digitales, abriendo así el mercado para las células solares personalizadas", dijo Eggers.
El grupo de investigación muestra que la nueva técnica puede producir células solares que convierten la luz en energía con eficiencias que se acercan a las logradas con métodos de fabricación menos escalables. Dado que su enfoque podría utilizarse para imprimir patrones arbitrarios, también podría ser útil para imprimir células solares en materiales utilizados para convertir claraboyas y fachadas de edificios en fuentes de energía.
Impresión de inyección de tinta optimizada
Los investigadores comenzaron utilizando su nuevo enfoque para crear células solares con una capa absorbente de perovskita impresa por inyección de tinta. Sus principales logros fueron el desarrollo de una tinta optimizada y un proceso de fabricación basado en el secado al vacío. Este proceso permite un patrón de cristalización preferible del material de perovskita con granos columnares de tamaño micrométrico. Las células solares mostraron una eficiencia de conversión de energía de más del 20 por ciento, que según los autores es la mayor eficiencia de conversión reportada para las células solares de perovskita impresas parcialmente con inyección de tinta. Este resultado ayuda a cerrar la brecha de rendimiento con las células solares de perovskita de última generación recubiertas por centrifugado, que tienen una eficiencia de alrededor del 25 por ciento.
Luego fueron un paso más allá creando células solares perovskitas con capas absorbentes y de extracción impresas por inyección de tinta. Estas células solares mostraron una eficiencia de conversión de energía de más del 17 por ciento. También mostraron que su formulación optimizada de tinta podía crear estructuras a escala milimétrica imprimiendo retratos detallados de algunos de los autores.
Aunque estos resultados son un paso importante hacia el desarrollo de células solares perovskita escalables, todavía hay desafíos clave que superar.
"En este momento todavía estamos procesando células solares a escala de laboratorio. La ampliación de la energía fotovoltaica perovskita impresa por inyección de tinta a grandes áreas es un esfuerzo continuo", dijo Ulrich W. Paetzold, jefe de grupo del Grupo de Trabajo sobre Perovskita del Instituto de Tecnología de Karlsruhe. "Para ello, nos asociamos con nuestros socios industriales en el campo."
Los electrodos impresos por inyección de tinta están siendo investigados por el grupo. Además, el grupo sigue optimizando la calidad y la reproducibilidad del proceso de impresión por inyección de tinta desarrollado, ya que incluso pequeños cambios en la homogeneidad de la película impresa pueden tener una gran influencia en el rendimiento de la célula solar.
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