Plataforma RoboMapper para materiales solares de perovskita

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Un equipo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el Laboratorio Nacional de Brookhaven y la Universidad Rey Juan Carlos ha publicado recientemente los detalles de RoboMapper, una novedosa plataforma robótica de descubrimiento de materiales. La novedosa plataforma de aceleración de materiales (MAP) puede identificar candidatos viables para células solares en tándem de perovskita-silicio.

“El bandgap objetivo era ∼1,7 electronvoltios (eV) dentro de las zonas de composición de perovskitas de cationes mixtos y haluros mixtos”, explicó a pv magazine el investigador de la Universidad Estatal de Carolina del Norte Aram Amassian.

Los investigadores validaron los nuevos compuestos de banda prohibida ancha analizando muestras generadas por RoboMapper y muestras de películas finas fundidas por rotación, así como mediante la fabricación de células solares. Tradujeron un compuesto ideal previsto, ampliamente detallado en el artículo, en un dispositivo campeón que presentaba una tensión de circuito abierto de 1,18 V, una corriente de cortocircuito de 21,54 miliamperios por centímetro cuadrado y un factor de llenado del 78,83%, para una eficiencia de conversión de potencia del 20%. Los investigadores afirmaron que los dispositivos con las nuevas aleaciones de perovskita muestran una histéresis menor y una mejor fotoestabilidad que otros compuestos evaluados a 1,7 eV.

Para el equipo de investigación era importante demostrar las ventajas tanto medioambientales como de productividad.

“El RoboMapper puede generar grandes conjuntos de datos con una pequeña fracción del tiempo, el costo y el impacto medioambiental de las plataformas existentes, lo que permite desarrollar nuevos materiales 10 veces más rápido que la automatización tradicional”, afirma Amassian. “Existe una clara propuesta de valor para cualquiera que se dedique al descubrimiento de materiales funcionales y quiera hacerlo de forma competitiva, responsable y sostenible”.

Amassian dijo que el equipo está buscando activamente asociaciones para llevar RoboMapper al uso comercial. Han utilizado el RoboMapper para definir los límites de la composición, sobre todo cuando los nuevos materiales podrían demostrar estabilidad y eficacia. Según Amassian, el dominio de RoboMapper en este campo podría tener implicaciones para la propiedad intelectual en relación con nuevos materiales para aplicaciones fotovoltaicas, optoelectrónicas y otras aplicaciones funcionales.

El sistema RoboMapper utiliza una biblioteca de tintas de perovskita, que son precursores o sales de películas de perovskita suspendidas en una solución, para facilitar la deposición. Prepara las tintas precursoras, mezcla y carga los materiales para su deposición en chips (o sustratos) para el análisis y la recogida de datos.

Los pasos de aspiración, mezcla y limpieza están automatizados. Las muestras se someten a una batería de pruebas para evaluar la estructura, el bandgap, la estabilidad a la luz y el nivel de idoneidad para aplicaciones fotovoltaicas. Paralelamente, la información se procesa en modelos que se utilizan para predecir nuevas composiciones de perovskita.

La herramienta puede integrar cientos de píxeles por centímetro cuadrado, con un tamaño medio de píxel de 50 micras de diámetro, según los investigadores. En este caso, paletizaron hasta 150 composiciones, de las que se hicieron copias para verificar su reproducibilidad.

Amassian dijo que hay varias herramientas de mapeo orientadas a semiconductores en desarrollo en laboratorios de investigación académicos e industriales de todo el mundo.

“Las plataformas de creación de prototipos tienen aplicaciones en fotovoltaica, pero también en electrónica impresa y otras aplicaciones de semiconductores en comunicaciones, pantallas, detección y electrónica flexible”, añadió.

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