A medida que las células solares de perovskita establecen récords de eficiencia y la tecnología naciente se vuelve más estable, Queda otro desafío importante:la cuestión de la escalabilidad, según investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía.

"Es escalable, "dijo Kai Zhu, investigador en ciencia de materiales en NREL. "Solo necesitamos demostrar eficiencia y rendimiento a gran escala para llevar la tecnología más allá del laboratorio".

Autor principal de un nuevo artículo de Nature Reviews Materials titulado, "Fabricación escalable de células solares de perovskita, "Zhu y sus colegas de NREL revisaron los esfuerzos para trasladar las perovskitas del laboratorio a la azotea. Zhen Li, Talysa Klein, Dong Hoe Kim, Mengjin Yang, Joseph Berry, y Maikel van Hest son los coautores.

La mayoría de los paneles solares en el mercado hoy en día están hechos de silicio, pero las células solares de perovskita tienen el potencial de acelerar el crecimiento de la fabricación de energía fotovoltaica (PV) en los Estados Unidos porque son mucho más baratas de fabricar y han mostrado un potencial de rendimiento en el laboratorio. Las perovskitas han alcanzado niveles récord de eficiencia más rápido que cualquier otra tecnología de células solares con el récord actual, certificado el verano pasado, que ahora se sitúa en el 22,7 por ciento. Pero la eficiencia en una celda solar de perovskita disminuye a medida que aumenta el área de la celda y el módulo. Una combinación de factores se atribuye a la disminución, incluido el recubrimiento no uniforme de productos químicos en la celda. También, cuando cualquier tipo de células solares se unen para crear módulos, Se forman zonas inactivas entre las células donde la luz solar no se convierte en electricidad. lo que lleva a una disminución de la eficiencia.

Para hacer una célula solar de perovskita en el laboratorio, los científicos depositan productos químicos sobre un sustrato. El material de perovskita se forma a medida que los productos químicos cristalizan. El método de deposición más utilizado en el laboratorio, llamado recubrimiento por rotación, produce dispositivos con la mayor eficiencia, pero el proceso desperdicia más del 90 por ciento de los químicos usados, la llamada tinta de perovskita. El recubrimiento giratorio también funciona mejor en celdas de menos de cuatro pulgadas cuadradas, pero no existe una manera fácil de permitir que esta tecnología se utilice en una superficie más grande.

Los investigadores de NREL examinaron posibles métodos de deposición escalables, incluso:

• Recubrimiento de la hoja, que utiliza una cuchilla para esparcir la solución química sobre los sustratos para formar películas delgadas húmedas. El proceso se puede adaptar para la fabricación de rollo a rollo, con sustratos flexibles que se mueven sobre un rodillo debajo de una cuchilla fija similar a la forma en que se imprimen los periódicos. El recubrimiento de la cuchilla desperdicia menos tinta que el recubrimiento por rotación.
• Recubrimiento de matriz ranurada, que se basa en un depósito para suministrar la tinta precursora con el fin de aplicar tinta sobre el sustrato. El proceso no se ha explorado tan bien como otros métodos y hasta ahora ha demostrado una menor eficiencia que el recubrimiento con cuchillas. Pero la reproducibilidad del recubrimiento con troquel de ranura es mejor que el recubrimiento con cuchilla cuando la tinta está bien desarrollada, por lo que esto es más aplicable para la fabricación de rollo a rollo.
• Impresión por chorro de tinta, que utiliza una pequeña boquilla para dispersar la tinta precursora. El proceso se ha utilizado para fabricar células solares a pequeña escala, pero si es adecuado para grandes volúmenes, La producción de gran superficie dependerá de la velocidad de impresión y la estructura del dispositivo.

Existen otros métodos, como electrodeposición, pero no ha habido ningún informe de que se utilice para realizar la deposición directa de perovskitas de haluro en células solares de perovskita.

A pesar de los numerosos desafíos, se está logrando un progreso impresionante hacia la ampliación de la producción de estas células solares, los investigadores de NREL anotaron en el documento. El nuevo documento describió la investigación que debe abordarse para ampliar la tecnología. Un área en particular que necesita más atención es la arquitectura ideal de un módulo solar de perovskita.

Varios estudios han estimado que las células solares de perovskita podrían generar electricidad a un costo menor que otras tecnologías fotovoltaicas. aunque esas cifras se basan en investigaciones hipotéticas. Pero una conclusión que se puede extraer de los estudios es que los costos de entrada más altos para los módulos de perovskita provendrán de sustratos y materiales de electrodos, lo que apunta a una serie de oportunidades para la innovación en estas áreas.