To be honest, both sound fine to me. It might just be me, though.

Ambas están en pasado, pero Estaba(pretérito imperfecto) indica que aun se podría estar realizando la acción. Y Estuve indica una acción terminada. Me parece que en tu caso, debido a que ya no estas en España, la oración correcta sería "cuando estuve en España compré una camiseta"

"Cuando estaba en España" da a entender una continuidad en el tiempo que no da "cuando estuve en España". La primera es más apropiada para cosas cotidianas "cuando estaba en España madrugaba mucho" y la segunda para cosas concretas "cuando estuve en España compré una camiseta" pero son prácticamente intercambiables. Es perfectamente posible escuchar a un nativo decir "cuando estaba en España compré una camiseta" o "cuando estuve en España madrugaba mucho"

I would use both but If I have to choose one I would say: "Cuando estuve en España me compré una camiseta" and maybe I would use "estaba" if I say: "Mientras estaba en España me compré varias camisetas."

Hi! Andy the correct sentence is: Cuando estuve en España compré una camiseta.