Estabilización microfluidica de tintas de perovskita para celdas solares dentro de una cabeza de slot-die para procesos de impresión a escala industrial.

Abstract

RESUMEN : El desarrollo de las celdas solares de perovskita ha enfocado en los últimos años esfuerzos hacia el escalamiento de la tecnología. Entre las técnicas de recubrimiento en estado líquido en gran área, el Slot-Die Coating es una de las más prominentes debido a la amplia teoría desarrollada alrededor de la técnica y su uso en aplicaciones industriales funcionales, entre ellas, la fabricación de celdas solares orgánicas. Sin embargo, con la utilización de nuevos materiales para depositar como la perovskita, es necesaria la revisión y adecuación del proceso. Inicialmente, teniendo en cuenta las propiedades reológicas de la tinta a utilizar, se debe hacer un estudio de la idoneidad de la cabeza, que debe entregar un flujo uniforme de tinta. En este trabajo, se revisó las condiciones geométricas de la cabeza de Slot-Die Coating del laboratorio de celdas solares del grupo de investigación CIDEMAT, a través de ecuaciones presentes en la literatura, simulación y medición experimental del flujo, obteniendo resultados de baja uniformidad. A partir de lo anterior se plantea una modificación geométrica de los canales, comprobando una mejora de la uniformidad. Finalmente, bajo parámetros estables de procesamiento se fabricaron mini-módulos solares de perovskita, ratificando un desempeño optoelectrónico más uniforme que el de celdas fabricadas totalmente por Spin-Coating, que es una técnica no escalable industrialmente y ampliamente usada a nivel de laboratorio.

ABSTRACT : The development of perovskite solar cells has focused recently on scaling up the technology. Among the large-area liquid-state coating techniques, slot-die coating is one of the most outstanding due to the extensive theory developed around the technique and its use in functional industrial applications, including the manufacture of organic solar cells. However, with the use of new materials such as perovskite, it is necessary to review and adapt the process. Initially, taking into account the rheological properties of the ink to be used, a study of the suitability of the head, which must deliver a uniform flow of ink, must be undertaken. In this work, the geometric conditions of the Slot-Die Coating head of the solar cell laboratory of the CIDEMAT research group were reviewed, through equations reported in the literature, simulation and experimental measurement of the flow, obtaining results of low uniformities. Based on the before mentioned results, a geometric modification of the channels is proposed, verifying an improvement in uniformity. Finally, under stable processing parameters, perovskite mini-modules were manufactured, confirming a more uniform optoelectronic performance than that of cells complete manufactured by Spin-Coating which is the most typical lab-scale coating technique.