El proyecto Horizon Europe PEARL ha logrado avances significativos hacia el objetivo de desarrollar la próxima generación de células solares de perovskita flexibles.
Los materiales de perovskita son una opción popular para las actividades de investigación y desarrollo (I+D) en todo el mundo porque ofrecen riqueza material, capacidad de absorción de luz y bajo costo de producción. En particular, los investigadores han estado explorando intensamente el uso de materiales de perovskita en células solares para proporcionar una alternativa altamente eficiente y de bajo costo a las células de silicio. Sin embargo, aunque las células solares de perovskita están alcanzando la eficiencia de las células de silicio, la estabilidad sigue siendo un problema. Además, mientras que el silicio se produce mediante técnicas que consumen mucha energía, las perovskitas se pueden procesar mediante técnicas de rollo a rollo (R2R) de bajo costo, lo que permite una producción rentable y de alto rendimiento de células solares de perovskita flexibles y livianas. Para abordar estos desafíos, la Unión Europea (UE) lanzó el proyecto PEARL, una iniciativa innovadora destinada a mejorar las células solares de perovskita utilizando electrodos de carbono de última generación.
La misión del proyecto PEARL-Células solares de perovskita flexibles con electrodos de carbono es mejorar significativamente la eficiencia, estabilidad y rentabilidad de las células solares de perovskita, con el objetivo de lograr eficiencias superiores al 25% y reducciones significativas de los costes de producción. Financiado a través del programa Horizonte Europa, PEARL se centra en el avance de la tecnología de células solares de perovskita mediante la incorporación de electrodos de carbono en las arquitecturas de células solares de perovskita.
socio del proyecto
El consorcio del proyecto está formado por diez socios europeos que trabajan en el desarrollo de células solares de perovskita flexibles utilizando un método escalable y respetuoso con el medio ambiente con aplicaciones industriales. Los socios representan a dos universidades: la Universidad de Roma Tor Vergata y la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza. cinco organizaciones de investigación y tecnología (VTT Technology Research Center of Finland Limited, la Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada TNO, el Centro Helmholtz de Materiales y Energía, Fraunhofer FEP y el Instituto de Química de Cataluña); dos pequeñas y medianas empresas (Dycotec Materials Ltd y Saule Spółka Akcyjna); y una gran empresa (Eni SpA).
Cada socio juega un papel importante en el proyecto. La Universidad de Roma Tor Vergata, en colaboración con Fraunhofer FEP, el Instituto Catalán de Química (ICIQ-CERCA) y el Centro Helmholtz de Materiales y Energía (HZB), está desarrollando células y módulos flexibles altamente eficientes utilizando tecnología de deposición de áreas pequeñas. La universidad también está optimizando el diseño del módulo para reducir las pérdidas entre celdas y módulos. Otro socio universitario, la Universidad de Ciencias Aplicadas del Noroeste de Suiza (FHNW), realiza análisis del ciclo de vida (LCA) y desarrolla escenarios de reciclaje para dispositivos y materiales fotovoltaicos (PV).
HZB es responsable del desarrollo de células de perovskita estables y de alto rendimiento y está estudiando en detalle sus mecanismos de degradación. ICIQ-CERCA diseña y sintetiza materiales de transporte de carga estable para aplicaciones de dispositivos.
Los materiales de perovskita y las estructuras celulares se procesan en módulos por parte de los socios de ampliación TNO y VTT sobre sustratos funcionales proporcionados por Fraunhofer FEP. TNO y VTT utilizarán una infraestructura a escala piloto (Solliance, PrintoCent) para fabricar células y módulos solares de perovskita en tecnología rollo a rollo (R2R) de alto rendimiento, y Fraunhofer FEP utilizará la infraestructura de recubrimiento al vacío R2R para fabricar electrodos transparentes flexibles y láminas de barrera. HZB, FHNW, TNO y Eni también utilizan sus instalaciones para realizar pruebas exhaustivas de estabilidad tanto en condiciones interiores como exteriores.
Dycotec Materials proporciona y desarrolla tintas de carbono, adhesivos de barrera para encapsulación y revestimientos antirreflectantes. La empresa energética Eni utiliza instalaciones de prueba interiores y exteriores para evaluar el rendimiento energético de sus módulos de perovskita flexible PEARL y utiliza sus instalaciones para estudiar la producción de energía del módulo.
gran progreso
Al llegar a la mitad del proyecto de tres años, el consorcio PEARL ha logrado avances decisivos hacia su objetivo de células solares de perovskita flexibles de bajo costo y con un 25% de eficiencia y electrodos de carbono. Al combinar la investigación de materiales de vanguardia, la fabricación rollo a rollo a escala piloto y medidas integrales de sostenibilidad, los socios han logrado una serie de resultados significativos.
En conjunto, los investigadores han desarrollado con éxito células solares con una eficiencia superior al 21% sobre sustratos de PET flexibles. Los logros más importantes de los socios del proyecto incluyen:
ICIQ logró una eficiencia de conversión de energía del 21,6% mediante un tratamiento superficial especial (pasivación de superficie molecular con materiales autoensamblados de fullerenos y silanos). La Universidad de Roma Tor Vergata logró un 17,03 % utilizando un disolvente de perovskita respetuoso con el medio ambiente y un protocolo optimizado de revestimiento de cuchillas. Utilizando un nuevo proceso de impresión (impresión en huecograbado de perovskitas con tintas basadas en DMSO), VTT ha demostrado una eficiencia de conversión de energía del 14,8 % en una celda campeona a escala de laboratorio. TNO logró una eficiencia de conversión de energía del 9,1% con una pila de perovskita completamente recubierta con una matriz ranurada R2R.
Además de estos hitos, VTT y TNO ampliaron el recubrimiento, la impresión y el modelado R2R a formatos más grandes y desarrollaron un minimódulo flexible con un área de 36 cm2 y una eficiencia de conversión de energía del 4,5 %.
El consorcio también desarrolló una encapsulación protectora que mantuvo estables las células solares durante más de 2.000 horas en condiciones de calor húmedo (temperatura de 85 grados Celsius y humedad del 85%), demostrando su durabilidad en aplicaciones del mundo real.
Reflexionando sobre estos logros, el Dr. Riikka Suhonen, coordinador del proyecto PEARL de VTT, afirmó: «Estos resultados sitúan el objetivo del 25 % firmemente al alcance de la mano y allanan el camino para módulos solares de bajo coste y alto rendimiento para aplicaciones que van desde la energía solar fotovoltaica integrada en edificios hasta el Internet de las cosas».
La sostenibilidad es el foco del proyecto. Los ACV iniciales anteriores han demostrado que el uso de electrodos de carbono, PET reciclado y energía verde puede reducir las emisiones de carbono en más del 50%. Además, se han desarrollado procesos para recuperar materiales valiosos como plomo y cesio a partir de residuos de producción.
¿Qué sigue?
A medida que el proyecto avanza hacia su segunda mitad, PEARL planea continuar optimizando el proceso piloto de fabricación rollo a rollo, probar módulos más grandes para uso en exteriores y publicar los resultados de la evaluación del ciclo de vida. El objetivo es llevar al mercado células solares flexibles para aplicaciones como la generación de energía solar integrada en edificios y el Internet de las cosas. Los entregables incluyen un informe de diseño de módulo optimizado, un proceso de encapsulación R2R y un protocolo de producción a escala piloto que colectivamente establece el liderazgo europeo en fotovoltaica de perovskita flexible.
Este proyecto ha recibido financiación del programa de investigación e innovación Horizonte Europa de la Unión Europea bajo el acuerdo de subvención no. 101122283.
Esta investigación fue financiada por Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI) bajo la garantía de financiación Horizon Europe del gobierno del Reino Unido (número de subvención 10097706).
Esta investigación fue financiada por la Secretaría Cantonal Suiza para la Investigación e Innovación Educativa (SERI).
Este artículo también se publicará en el número 24 de la revista trimestral.
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