Un cambio de paradigma para la industria fotovoltaica
La evolución de las tecnologías fotovoltaicas da paso a otras más sostenibles basadas en la fabricación de celdas fotovoltaicas de nanocristales consistentes en nanomateriales sintéticos y respetuosos con el medio ambiente. En particular, los nanocristales de perovskita de haluro metálico se muestran prometedores de cara a fabricar materiales fotovoltaicos y fotoluminiscentes eficaces gracias a sus propiedades optoelectrónicas excelentes y a un rendimiento cuántico de alta fotoluminiscencia superior al 90 %. El proyecto financiado con fondos europeos FASTEST desarrolló un método para la síntesis de nanocristales estables en fase de perovskita inorgánica con un alto rendimiento basado en su procesamiento a temperatura ambiente en condiciones ambientales. Este método implica la aplicación de ingeniería antidisolvente a la reprecipitación de nanocristales. Para fabricar nanocristales de perovskita se inyecta una solución de precursor de perovskita en la mezcla antidisolvente, se purifica la solución de nanocristales con disolventes de lavado, se recogen los nanocristales con una centrifugadora y, por último, se forma una perovskita mediante una técnica de deposición capa a capa. «Este método busca aumentar el rendimiento de la reacción de nanocristales de perovskita en la fase de perovskita deseable. Podría suponer una producción sencilla y fiable de nanocristales de perovskita en condiciones ambientales sin necesidad de controlar el vacío o la temperatura», explica Min Kim, coordinador del proyecto. «Consideramos que será de aplicación en otros tipos de nanocristales de perovskita con otras combinaciones de metales (por ejemplo, Ge, Sn, Bi y Ag) en diversas aplicaciones optoelectrónicas, como diodos emisores de luz, energía fotovoltaica, láseres y detección de fotones».
A escala de laboratorio
Uno de los principales desafíos de la producción de nanocristales de perovskita ha sido la síntesis de alto rendimiento de soluciones de nanocristales monodispersos con propiedades ópticas adaptadas y la conversión de estas soluciones en películas de nanocristales de alta calidad. Sin embargo, durante la primera etapa del proyecto, mientras Kim lidiaba con este tema, surgió un escollo inesperado: el nanocristal sintetizado no era lo suficientemente estable para la fabricación de dispositivos. Esto se debió al hecho de que el antidisolvente en el disolvente de cristalización también puede extraer algunos ligandos orgánicos que se supone que están unidos a la superficie de la perovskita. «Agregué entonces un disolvente coordinador auxiliar en la mezcla de disolventes de cristalización, que logró aumentar el rendimiento de producción con más eficacia. El disolvente coordinador es el elemento clave de este trabajo, pero no puedo revelar el nombre de la sustancia química porque la patente aún se está procesando», admite Kim.
Perovskita como opción actual y de futuro
La principal ventaja de la celda fotovoltaica de perovskita es su bajo coste de producción en comparación con otros tipos de tecnologías fotovoltaicas. «Espero que la fabricación de las celdas fotovoltaicas de nanocristales de perovskita sea más compatible con la técnica de impresión de gran superficie y se amplíe fácilmente su fabricación, lo que facilitará la comercialización masiva de celdas fotovoltaicas de alta eficiencia» explica Kim. Las investigaciones de Kim no se han detenido y estudia ahora otros materiales de perovskita sin plomo metálico, ya que este compuesto es un elemento pernicioso para el organismo y el medio ambiente en caso de fugas. «Para dar con la combinación adecuada de perovskita, emplearé una estrategia de simulación informática y la técnica de síntesis desarrollada previamente», concluye el beneficiario de la subvención.
Palabras clave
FASTEST, perovskita, nanocristal, fotovoltaica, celdas fotovoltaicas, materiales, optoelectrónico, fotoluminiscencia
