Un grupo de científicos del Laboratorio Nacional Los Álamos de Estados Unidos y de la Universidad Nacional de Taiwán (NTU) ha desarrollado un nuevo proceso de fabricación de mini módulos solares de perovskita de alto rendimiento que utiliza un aditivo de sulfolano, con el que han conseguido eficiencias de hasta 17,58%.
La nueva y más sencilla solución para fabricar células solares estables de perovskita supera el cuello de botella clave para la producción y comercialización a gran escala de esta prometedora tecnología de energía renovable, que ha permanecido tentadoramente fuera de su alcance durante más de una década.
“Nuestro trabajo allana el camino para la producción a escala comercial de bajo costo y alto rendimiento de módulos solares a gran escala en un futuro cercano”, dijo Wanyi Nie, investigador científico del Centro de Nanotecnologías Integradas y autor del artículo que describe el proceso publicado en la revista Joule. “Pudimos demostrar el enfoque a través de dos mini módulos que alcanzaron niveles de campeones en la conversión de la luz solar en energía con una vida operativa muy extendida. Dado que este proceso es fácil y de bajo costo, creemos que se puede adaptar fácilmente a la fabricación escalable en entornos industriales".
La energía fotovoltaica de perovskita ha sido una tecnología emergente muy esperada durante la última década. La comercialización se ha visto obstaculizada por la falta de una solución al gran desafío del campo: aumentar la producción de módulos de células solares de perovskita de alta eficiencia desde la mesa hasta la fábrica.
El equipo inventó un método de recubrimiento por rotación en un solo paso al introducir sulfolano como aditivo en el precursor de perovskita, o el material líquido que crea el cristal de perovskita a través de una reacción química. Como en otros métodos de fabricación, ese cristal se deposita luego sobre un sustrato.
El nuevo proceso permitió al equipo producir dispositivos fotovoltaicos de gran área y alto rendimiento que son altamente eficientes en la generación de energía a partir de la luz solar. Estas células solares de perovskita también tienen una larga vida útil.
A través de un método de inmersión simple, el equipo pudo depositar una película delgada cristalina de perovskita uniforme y de alta calidad que cubría una gran área activa en dos mini módulos, uno de aproximadamente 16 centímetros cuadrados y el otro de casi 37 centímetros cuadrados. La fabricación de una película delgada uniforme en toda el área del módulo fotovoltaico es esencial para el rendimiento del dispositivo.
Los mini módulos lograron una eficiencia de conversión de energía de 17.58% y 16.06%, respectivamente, entre las más altas reportadas hasta la fecha. La eficiencia de conversión de energía es una medida de la eficacia con la que la luz solar se convierte en electricidad.
Para otros métodos de fabricación de perovskita, uno de los principales obstáculos para la fabricación a escala industrial es su estrecha ventana de procesamiento, el tiempo durante el cual la película se puede colocar sobre el sustrato. Para obtener una película cristalina uniforme que esté bien adherida a la capa debajo de ella, el proceso de deposición debe controlarse estrictamente en cuestión de segundos.
El uso de sulfolano en el precursor de perovskita extiende la ventana de procesamiento de 9 segundos a 90 segundos, formando capas compactas y altamente cristalinas en un área grande, mientras que depende menos de las condiciones de procesamiento.
El método del sulfolano se puede adaptar fácilmente a las técnicas de fabricación industrial existentes, lo que ayuda a allanar el camino hacia la comercialización.
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