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Ingenieros de Dartmouth desarrollan tecnología de impresión rápida para módulos solares rígidos y flexibles

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Un grupo de investigadores del Dartmouth College en New Hampshire ha desarrollado un nuevo método de impresión flexográfica que puede ayudar a fabricar células solares de perovskita de forma rápida y fiable. Esta nueva técnica acerca a la realidad la impresión masiva económica de células solares. Las perovskitas son materiales que tienen la misma estructura cristalina que el óxido de titanio de calcio mineral, que fue el primer cristal de perovskita descubierto.

Estos materiales han mostrado potencial para un alto rendimiento y bajos costes de producción cuando se utilizan para crear células solares. Los investigadores documentaron sus hallazgos en un estudio titulado «Eliminación del cuello de botella en la fabricación de células solares de perovskita mediante flexografía de alta velocidad», publicado en Advanced Materials Technologies.

Los autores del artículo son Julia Huddy, estudiante de doctorado de tercer año en Dartmouth, Youxiong Ye, quien fue investigadora postdoctoral en la universidad y ahora trabaja como metalúrgico en una corporación siderúrgica estadounidense y William Scheideler, profesor asistente de ingeniería en la Universidad.

Té Esquema de una estructura cristalina de perovskita (Crédito de la imagen: Wikimedia Commons)

Actualmente, todos los paneles solares producidos comercialmente utilizan células solares hechas de silicio que debe procesarse hasta obtener una pureza muy alta. Este proceso intensivo en energía utiliza grandes cantidades de solventes peligrosos y también es muy costoso. En comparación, estas células de perovskita están hechas de capas de diminutos cristales hechos de materiales sensibles a la luz de bajo costo. Las materias primas se pueden mezclar en un líquido para formar un tipo de tinta que se puede imprimir en muchos tipos diferentes de materiales.

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“Me imagino una combinación de aplicaciones tradicionales de la energía solar, como la energía solar a escala de servicios públicos y en los techos residenciales, que son muy sensibles a los costos, así como aplicaciones no tradicionales en vehículos eléctricos y dispositivos móviles. Las células de perovskita tienen ventajas estratégicas cuando se trata de dispositivos de factor de forma ligeros y flexibles, por lo que creo que esas aplicaciones emergentes podrían ser las más prometedoras”, escribió el profesor William Scheideler en un correo electrónico a indianexpress.com

“Las celdas comerciales de silicio tienen aproximadamente un 21 por ciento de PCE (eficiencia de conversión de energía) para la tecnología PERC estándar. Los mejores módulos de perovskita a escala de laboratorio de unión única ahora se encuentran en el rango de alrededor del 20 por ciento de PCE, por lo que la caída en relación con los sistemas comerciales ya no es tan pronunciada. La brecha que aún debe cerrarse es la caída eficiente para pasar a módulos de muy gran escala (1m x 1m)”, agregó cuando se le preguntó sobre la eficiencia de los módulos solares de perovskita.

Aunque estos materiales son una solución realmente prometedora para aumentar la capacidad global de energía solar, es difícil escalar debido a los lentos tiempos de producción y los altos costos de fabricación.
El nuevo método de impresión desarrollado por los ingenieros de Dartmouth Engineer combina la flexografía de alta velocidad, donde la tinta se aplica a varias superficies utilizando placas de impresión flexibles, y tintas sol-gel compuestas por cristales de perovskita. Esto acelera el tiempo de procesamiento del material en 60 veces, según el estudio.

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La flexografía permite la deposición de películas ultrafinas altamente uniformes con capacidades de creación de patrones (Crédito de la imagen: J.Huddy et al. | Advanced Materials Technologies)

Si bien el nuevo estudio es prometedor, la caída de la eficiencia con los módulos a gran escala no es el único desafío que la investigación futura en este campo deberá superar.
“Los próximos hitos para nuestro grupo son ampliar los electrodos transparentes y diseñar materiales que sean más flexibles y robustos. Este es un gran desafío para las células solares monolíticas que se ven limitadas por los efectos parásitos de los electrodos transparentes (tradicionalmente, ITO: óxido de indio y estaño)”, dijo Scheideler al hablar sobre los hitos futuros para el grupo de investigación. “Tenemos nuevos diseños de tinta para escalar estos materiales y hacerlos más flexibles. Esto podría ser clave para cualquier aplicación móvil de perovskita que deba ser mecánicamente confiable bajo estrés operativo y envejecimiento”.

Otro hito que los investigadores deberían superar sería la deposición al vacío de electrodos metálicos, que sigue siendo un paso costoso en el proceso de fabricación. Según él, mejorar las tintas de nanopartículas para esta aplicación será un paso importante para habilitar la energía solar de perovskita a escala de teravatios.

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