Revolucionando la investigación de celdas solares: Laboratorio inteligente automatizado en la U de Montreal

Los laboratorios de química de hoy tratan de trabajar de forma más inteligente, no más dura. Una mayor reproducibilidad y velocidad están aumentando el rendimiento y la calidad de la investigación. Ya no atados a tareas tediosas y repetitivas, los científicos finalmente están siendo liberados para centrarse en aspectos más creativos de su trabajo.

Este artículo presenta al Dr. Daniel Chartrand, Ph.D. y la plataforma de automatización que construyó en la Universidad de Montreal (U de M). La plataforma está destinada a acelerar la investigación de la universidad sobre celdas solares, para una energía más verde y limpia.

El Dr. Chartrand necesitaba automatizar la fabricación y caracterización de pequeñas celdas solares de prueba en recintos de atmósfera inerte.

 
Celdas solares

Las celdas solares generan energía cuando la luz, o fotones, son absorbidos por materiales semiconductores y convertidos en electricidad. Los dispositivos de celdas solares son los bloques de construcción eléctricos de los paneles solares. Comúnmente usados para producir energía limpia, también pueden detectar luz y medir su intensidad.

La producción de celdas solares no siempre es ambientalmente amigable debido a los materiales y energía que consume. Por eso investigadores de todo el mundo buscan mejores formas de producirlas.

El sistema del Dr. Chartrand proporciona a los investigadores del laboratorio de química de la U de M una plataforma de automatización rápida para explorar nuevos materiales y métodos de producción de celdas solares.

Desafíos de automatización

Los sustratos de vidrio necesarios para esta investigación son delicados. Cada uno debe manejarse cuidadosamente dentro de una cámara de atmósfera inerte bajo exactamente las mismas condiciones. Este desafío requería un robot pequeño, compacto pero altamente preciso capaz de maniobrar en un espacio reducido. Además, los componentes de la plataforma necesitaban ser asequibles, pero altamente confiables y fáciles de usar.

Soluciones

Para el componente robótico, el Dr. Chartrand seleccionó el brazo robótico de seis ejes más pequeño del mundo, el Meca500. Montar el robot en un eje lineal mejoró enormemente su alcance, más allá de lo que se habría podido ganar usando un robot más grande. El posicionamiento minuto y reproducible del robot eliminó la necesidad de un sistema de alineación usando visión u otros medios.

De movimientos manuales a robotizados

 Primero, el robot coloca un rack en su base. Luego, transfiere un sustrato de vidrio de la base al spin-coater. A continuación, un manipulador de líquidos prepara y deposita líquidos en el sustrato de vidrio, seguido por una placa de calentamiento para recocido (tratamiento térmico). Una vez alcanzado un tiempo establecido, el robot retira el sustrato de vidrio de la placa, lo voltea y lo deposita en una bandeja, que una vez llena es cargada por el robot en una cámara de vacío para deposición de metal.

Beneficios

Gracias a esta plataforma: El rendimiento aumenta en un factor de 10. Movimientos minúsculos y reproducibles son posibles, al igual que preparaciones de soluciones variables y tiempos de recocido. Esto se traduce en mayor calidad de investigación. Sobre todo, la automatización del Dr. Chartrand libera a los investigadores de los aspectos tediosos y repetitivos de su trabajo para que puedan centrarse en innovar, en servicio del medio ambiente.

Sobre el Dr. Chartrand

El Dr. Daniel Chartrand tiene un Ph.D. en Química de Coordinación de la Universidad de Montreal, donde ha trabajado los últimos catorce años. Actualmente es Asesor de Investigación en el Departamento de Química del Laboratorio de Análisis de la Fotoactividad de Materiales y Moléculas (LAMP). El Dr. Chartrand ha desarrollado una pasión por diseñar e implementar automatizaciones para mejorar el rendimiento de técnicas analíticas, como esta caracterización robotizada de dispositivos solares.

La Universidad de Montreal

La Université de Montréal es una de las universidades de investigación líderes del mundo. Establecida en 1878, en Montreal, Quebec, la universidad tiene como objetivo contribuir al bienestar social colocándose a la vanguardia del conocimiento. Con este objetivo, la universidad inauguró un nuevo complejo científico de vanguardia conocido como el Campus MIL en 2019, para investigación de punta. Más información >

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