Fabricación de células solares fotovoltaicas basadas en perovskitas en entorno de Sala Blanca

Abstract

La presente tesis doctoral se centra en el desarrollo de una metodología de fabricación para obtener Células Solares de Perovskita (PSCs) plenamente operativas en sala blanca ISO 7, en condiciones ambientales. En este trabajo de investigación se realizó el diseño, fabricación y caracterización de tres generaciones de PSCs. En la 1ª Generación se exploró la técnica de spin coating para depositar las capas de las que consta este tipo de células en tipología n-i-p, se empleó una solución comercial para proveer la capa compacta de TiO2 y se experimentó con impresión por serigrafía para metalizar los contactos traseros. Estos primeros prototipos resultaron dañados durante la etapa de serigrafiado, limitando los estudios eléctricos realizados. Esto condujo a abrir una nueva vía de investigación, con el fin de obtener tintas conductivas para deposición por serigrafía que, además, fueran compatibles con su uso en este tipo de tecnologías. Dicha vía de investigación propició obtener la experiencia necesaria para desarrollar una solución alternativa, que utiliza pastas a base de carbono, que se pueden aplicar mediante técnicas de laminación. En la 2ª Generación de PSCs desarrolladas, se modificó la capa compacta de TiO2, de modo que fuera depositada a partir de una disolución de isopropóxido de titanio. También se modificó la disolución precursora de perovskita para mejorar la estabilidad ambiental en estas células. Por último, durante el desarrollo de tintas conductivas, se exploró el uso del método de deposición por pulverización catódica como alternativa para formar los contactos traseros. Esto permitió realizar los primeros estudios eléctricos en nuestras células, aunque condicionados a problemas de degradación que también surgieron en las mismas. En la estructura de capas de la 3ª Generación de PSCs, se prescindió de la capa transportadora de huecos y el electrodo metálico trasero convencional. En su lugar, se desarrolló una arquitectura innovadora que incorpora una pasta conductiva a base de carbono. Esta pasta se integró en el dispositivo utilizando técnicas de laminación y desempeña funciones clave, actuando simultáneamente como transportadora de huecos, electrodo trasero y agente encapsulante. Los estudios eléctricos realizados en estos dispositivos revelaron que nuestras PSCs tienen una eficiencia de conversión de energía (PCE) promedio del 1% (con un máximo de 1,646% en la célula de mayor rendimiento). Estos primeros resultados son prometedores y consistentes en términos de repetitividad. Por otro lado, las pruebas y análisis realizados a esta última generación de PSCs permitieron identificar también los desafíos específicos que afectan a nuestras células, lo que abre la puerta a futuras mejoras en su proceso de fabricación y rendimiento.