Figura 1. Ilustración esquemática de la deposición mediante un método de aplicador empapado de antidisolvente (DASSA). A) El sustrato PET/ITO/SnO2 con dos segmentos paralelos hechos de cinta en los bordes (el sustrato se coloca sobre una placa caliente); B) esparcimiento del precursor de perovskita sobre sustrato PET/ITO/SnO2; C) remojo del trozo de papel aplicador en antidisolvente; D) pasar el aplicador de papel sobre la solución precursora de perovskita y los separadores de cinta de un lado del sustrato al otro; E) fotografía de aplicación de antisolvente en la hoja de papel; F) fotografía del aplicador de papel mojado en Antisolven y el método DASSA en el que el papel previamente empapado en antisolvente se dibuja sobre el sustrato, formándose la película de perovskita de color marrón en el borde de salida del aplicador . Crédito:Universidad Tor Vergata de Roma - Centro de Energía Solar Híbrida y Orgánica (CHOSE)
Las células solares semiconductoras de perovskita son una tecnología fotovoltaica muy emocionante que posee eficiencias similares a las del silicio, pero fundidas o impresas en películas delgadas a través de tintas líquidas. Un equipo de la Universidad Tor Vergata y la Universidad de Zanjan ha desarrollado un nuevo método que utiliza una simple hoja de papel para depositar las películas de perovskita sin ningún equipo costoso. El truco para lograr un alto rendimiento con este método notablemente económico es empapar el aplicador de papel en antidisolvente, lo que casi duplica la eficiencia en comparación con el uso en seco, alcanzando el 11 % en sustratos de plástico flexible. El papel, en comparación con otros aplicadores suaves, posee la porosidad y la suavidad adecuadas para la deposición de películas de perovskita de alta calidad.
Las células solares de semiconductores de perovskita son una tecnología fotovoltaica muy emocionante porque poseen eficiencias de conversión de energía similares a las basadas en silicio convencional, pero se pueden moldear en películas delgadas a través de tintas precursoras que brindan beneficios en la fabricación. La mayoría de las películas de perovskita en los laboratorios de todo el mundo se depositan mediante recubrimiento por rotación, lo que garantiza un alto control del espesor de la película, así como de la morfología. Sin embargo, la mayor parte de la tinta se expulsa durante la deposición y se desperdicia. Ha habido esfuerzos para desarrollar técnicas de recubrimiento para la deposición sobre grandes áreas. Las células solares más eficientes fabricadas a través del recubrimiento por rotación implican agregar gotas de antisolvente (es decir, un líquido con propiedades diferentes a las utilizadas en las tintas precursoras de perovskita) durante la rotación, lo que mejora la calidad morfológica de las películas semiconductoras de perovskita. Sin embargo, este método es muy difícil de implementar cuando se emplean técnicas de recubrimiento de gran área, donde la ingeniería cuidadosa de los procesos de secado involucra calentadores o flujos de gas para controlar la morfología de la película de perovskita.
Un equipo internacional de investigadores de Italia e Irán ha publicado un método completamente nuevo que utiliza una simple hoja de papel para depositar las películas de perovskita sin un recubridor por rotación u otras técnicas de área grande, como el recubrimiento con matriz ranurada o el recubrimiento con cuchilla. Los resultados de su proyecto han sido publicados en iScience, la revista interdisciplinaria de acceso abierto de Cell Press, destacando las recetas que se requieren para lograr células solares eficientes con este método.
"Cuando me uní a los laboratorios CHOSE en Roma para mi pasantía, noté por casualidad que, al dejar un trozo de papel de limpieza empapado en solvente sobre una película precursora de perovskita húmeda, se volvió marrón y se convirtió en lo que parecía una película semiconductora de perovskita bastante prometedora. Mi supervisor en Rome, el profesor Brown, me sugirió que desarrollara un método de recubrimiento basado en este descubrimiento durante mi tiempo allí”, describió Nazila Zarabinia, primera autora del trabajo. “Trabajamos en probar diferentes aplicadores blandos:el que mejor funcionaba era el papel que poseía las propiedades más beneficiosas de porosidad y tersura”, agregó. La eficiencia más alta de una celda flexible fabricada con este método de deposición mediante aplicador empapado en antidisolvente (denominado DASSA) fue del 11 %. Los investigadores creen que se trata de una eficiencia satisfactoria, especialmente para las células solares flexibles sobre sustratos de plástico PET y que utilizan un procedimiento completamente manual. La eficiencia correspondiente alcanzada con los dispositivos de recubrimiento por rotación con el método antidisolvente fue del 14,9 %, por lo que hay margen para seguir mejorando. En el manuscrito, los autores proponen un procedimiento automatizado para futuras optimizaciones.
Figura 2. (izquierda) Curvas J-V de celdas solares donde se depositó la capa de perovskita con un aplicador empapado de antisolvente (DASSA) hecho de una pequeña hoja de papel bajo condiciones de prueba estándar. (derecha) fotografía de la celda solar con arquitectura PET/ITO/SnO2/perovskita/Spiro/Au. Crédito:Centro de Energía Solar Híbrida y Orgánica (CHOSE)
"Creemos que este método simple atraerá a todos aquellos laboratorios que establezcan una línea en la investigación de perovskita que no han podido (por dinero o tiempo) comprar equipos de deposición costosos (un poco como el recubrimiento manual con cuchilla de películas de titania que se usó ampliamente para entrar en el campo en los días de las celdas solares sensibilizadas con tinte) ya que permite la deposición de la película de perovskita a un precio increíblemente bajo. También puede ser de particular interés para los grupos que desarrollan técnicas de impresión automatizadas mediante la aplicación del antidisolvente, no sobre la película de perovskita como habitual, pero en el aplicador en su lugar. Además, será interesante intentar extender este método también a las capas de transporte para la fabricación de células completas", comentó Thomas M. Brown, autor correspondiente del trabajo.
Figura 3. (arriba) Esquemas del método; (abajo) Curvas J-V de células solares bajo iluminación solar (fotografía insertada de la película de perovskita que se aplica con un aplicador de papel empapado en antisolvente). Crédito:Centro de Energía Solar Híbrida y Orgánica (CHOSE)
The researchers show that soaking the paper used as an applicator in an anti-solvent increases the power conversion efficiency of solar cells by 82% compared to the solar cells where the application of the perovskite film was carried out with a sheet of dry paper.
