La búsqueda de rutas industriales para perovskitas que eviten los problemas asociados a los procesos con líquidos ha ganado impulso. Un equipo de la Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) ha presentado una estrategia de co‑evaporación multiservicio por vacío que separa con precisión la estequiometría de la cinética de cristalización, obteniendo películas con calidad cristalina mejorada y orientación de facetas predominante (100).
Esta alternativa libre de disolventes aprovecha la técnica de vacuum thermal evaporation (VTE), ampliamente usada en la industria de pantallas OLED y capas funcionales.
El nuevo proceso permite depositar composiciones complejas como FA0.83Cs0.17Pb(I0.75Br0.20Cl0.05)3 (WBG ≈ 1,67 eV) y añade una pequeña fracción de PbCl2 (≈ 5 mol%) para guiar la formación de dominios grandes y planos con orientación «face‑up».
Qué se logró y por qué importa
Con el control independiente de seis fuentes térmicas, los investigadores alcanzaron una eficiencia de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) de 19,3% (certificada 18,35% en 0,25 cm2) y 18,5% en 1 cm2 para celdas de perovskita de banda ancha depositadas completamente por vacío.
Estos dispositivos mantuvieron el 100% de su eficiencia máxima tras 20.000 horas de almacenamiento en oscuridad bajo nitrógeno, mostrando una robustez destacable.
Además, al integrar estos absorbers en tandems perovskita‑sobre‑silicio, se lograron 27,2% de eficiencia en 1 cm2 cuando la capa transportadora de huecos (HTL) se formó con un SAM solución‑procesada (Me‑4PACz), y 24,3% con una pila totalmente depositada por vacío. La versión all‑vacuum del tandem mostró una retención de rendimiento cercana al 80% tras ocho meses de operación continua en campo (sitio en Italia), apuntando a viabilidad práctica.
Control de la cristalización: receta y análisis
El avance no proviene sólo de evitar disolventes, sino del diseño experimental: introducir PbCl2 como co‑fuente en una deposición sin capas semilla mejoró la pureza de fase y eliminó la aparición de PbI2 foto‑inestable que compromete la durabilidad. El material objetivo mostró una preferencia cristalográfica hacia las caras (100), con una disminución del FWHM del pico XRD y una reducción de picos (110) indeseados.
Procedimiento de recocido y orientación
Para completar la cristalización se empleó un recocido en ambiente controlado: 135 °C en aire con 40–50% de humedad relativa durante 0–30 minutos. Un tratamiento prolongado (≈30 minutos) multiplicó la intensidad del pico (100) y estrechó su FWHM, indicando mayor cristalinidad y estabilidad. Mediciones in situ por GIWAXS mostraron la evolución hacia la orientación «face‑up», clave para reducir pérdidas no radiactivas y heterogeneidad composicional.
Estabilidad y comparación con procesos en solución
Los films evaporados exhibieron mayor resistencia frente a envejecimiento térmico y luminico. Bajo protocolos ISOS‑L‑2 (simulación solar completa, 75 ± 5 °C, aire ambiente), las películas evaporadas mantuvieron su integridad visible mucho más tiempo que sus equivalentes solución‑procesadas: mientras estas últimas desarrollaron pinholes y decoloración en días, las capas por vacío resistieron cientos de horas antes de mostrar degradación detectable.
Operación y tolerancia al estrés
En condiciones exigentes de funcionamiento (ISOS‑L‑2), las celdas all‑vacuum conservaron el 80% de su ηMPPT tras 1.080 h a 75 ± 5 °C y tras 1.250 h a 65 ± 5 °C, cifras comparables a los mejores dispositivos solución‑procesados. La ausencia de disolventes de coordinación y la ingeniería de facetas y granos parecen explicar la mejora en las rutas de degradación y la menor aparición de fases indeseadas como PbI2.
En conjunto, este trabajo demuestra que la co‑evaporación multiservicio es una vía prometedora para llevar las perovskitas desde el laboratorio hacia líneas de producción compatibles con sustratos texturizados de la industria fotovoltaica, reduciendo la dependencia de solvents tóxicos y mejorando tanto el rendimiento como la estabilidad operativa.
