Las células solares de inyección de tinta son células solares fabricadas mediante métodos de alta tecnología y bajo costo que utilizan una impresora de inyección de tinta para colocar el material semiconductor y los electrodos sobre un sustrato de célula solar .
Este enfoque se está desarrollando de forma independiente en varios lugares, incluida la Universidad de Nueva Gales del Sur , [1] [2] la Universidad Estatal de Oregón , [3] el Instituto Tecnológico de Massachusetts , [4] y Saule Technologies [5]. Desde la aparición de las células solares de perovskita y su rápido crecimiento en la eficiencia de las células de investigación [6], existe un renovado interés en el desarrollo de células solares impresas por inyección de tinta, debido a su naturaleza de ser procesables en solución. [7]
El primer caso de electrónica impresa se vio en 1903, cuando Albert Hanson presentó una patente para un cable "impreso". Después de eso, la radio impulsó la industria de la electrónica impresa. Hasta hace poco, las impresoras de inyección de tinta no se habían utilizado en la industria de la electrónica impresa. La industria ha decidido avanzar hacia la impresión de inyección de tinta debido a su bajo costo y flexibilidad de uso. [8] Una de estas utilizadas es la célula solar de inyección de tinta. El primer ejemplo de construcción de una célula solar con una impresora de inyección de tinta fue el de Konarka en 2008. [9] En 2011, la Universidad Estatal de Oregón pudo descubrir una forma de crear células solares CIGS utilizando una impresora de inyección de tinta. En el mismo año, el MIT pudo crear una célula solar utilizando una impresora de inyección de tinta sobre papel. El uso de una impresora de inyección de tinta para fabricar células solares es muy nuevo y todavía se está investigando. [10] En 2014, Olga Malinkiewicz presentó su proceso de fabricación de láminas de perovskita mediante impresión por inyección de tinta en Boston (EE. UU.) durante la reunión de otoño de MRS , por el que recibió el premio a los innovadores menores de 35 años de MIT Technology Review. [11]
En general, las células solares de inyección de tinta se fabrican utilizando una impresora de inyección de tinta para colocar el material semiconductor y los electrodos sobre un sustrato de célula solar. [12] Tanto las células solares orgánicas como las inorgánicas se pueden fabricar utilizando el método de inyección de tinta. Las células solares inorgánicas impresas por inyección de tinta son principalmente células solares CIGS . Las células solares orgánicas son células solares de polímero . La impresión por inyección de tinta de células solares de perovskita híbridas también es posible. El componente más importante de la tinta es el material funcional: una mezcla de sales metálicas (CIGS), una mezcla de fulerenos de polímero ( células solares de polímero ) o un precursor de sales orgánicas e inorgánicas mixtas ( células solares de perovskita ). Estos componentes se disuelven en un disolvente apropiado. Se pueden añadir componentes adicionales para afectar a la viscosidad y la tensión superficial de la tinta para mejorar la capacidad de impresión y la humectación en el sustrato. La tinta está contenida en un cartucho desde donde se transfiere a un sustrato que puede variar. La impresión se realiza normalmente mediante un controlador piezoeléctrico en las boquillas del cabezal de impresión, que está programado para aplicar patrones preestablecidos de presión para expulsar gotas. En la mayoría de los casos, se depositan varias capas de materiales funcionales una sobre otra para generar una célula solar funcional. Todo el proceso de impresión se puede realizar en condiciones ambientales, aunque en la mayoría de los casos se necesitan tratamientos térmicos adicionales. Los factores importantes para la eficiencia de las células solares orgánicas impresas por inyección de tinta son el tiempo de latencia de la inyección de tinta, la temperatura de la mesa de impresión por inyección de tinta y el efecto de las propiedades químicas del polímero donante. [13] [14] [15]
La principal ventaja de imprimir células solares con una impresora de inyección de tinta es el bajo coste de producción. La razón por la que es más barata que otros métodos es porque no se necesita vacío , lo que hace que el equipo sea más barato. Además, la tinta es una mezcla de sales metálicas de bajo coste que reduce el coste de las células solares. Hay muy poco desperdicio de material en comparación con otros métodos como la deposición en fase de vapor cuando se utilizan impresoras de inyección de tinta para depositar el material semiconductor. Esto se debe a que la impresora es capaz de crear patrones precisos con poco desperdicio. Algunas células solares de inyección de tinta utilizan el material CIGS , que tiene una mayor eficiencia solar que los paneles solares de silicio tradicionales. El uso de CIGS hace que sea muy importante tener poco desperdicio debido a lo raros que son algunos de los materiales que lo componen. Este método también es respetuoso con el medio ambiente porque no requiere el uso de productos químicos tóxicos para preparar la célula solar como lo hacen otros métodos. [10] [15]
La eficiencia de las células solares de inyección de tinta es demasiado baja para ser comercialmente viable. Incluso si la eficiencia mejora, los materiales utilizados para las células solares podrían ser un problema. El indio es un material poco común utilizado en estas células y podría desaparecer en 15 años según nuestro uso actual. Otro problema es crear una tinta resistente a la intemperie que pueda sobrevivir a condiciones adversas. [16] [17]
En las células solares tradicionales, el material que contiene el material fotovoltaico suele costar más que el propio material. Con la impresión por inyección de tinta es posible imprimir células solares sobre papel, lo que permitirá que las células solares sean mucho más baratas y se puedan colocar prácticamente en cualquier lugar. Las células solares tan delgadas como el papel o, en el futuro, la impresión 3D directa permitirán crear células solares en persianas, ventanas, cortinas y prácticamente en cualquier lugar de la casa. Esto es muy prometedor y podría ser el futuro de la energía solar. [18]
- Célula solar de perovskita
- Célula solar CIGS
- Célula solar orgánica