La perovskita puede ser más eficiente y más barata que el silicio tradicional, pero la durabilidad sigue siendo un problema
Los equipos de investigación en Australia y China se están acercando cada vez más a un diseño de células solares que podría revolucionar la industria, pero aún quedan muchos obstáculos.
La clave está en la perovskita, una estructura cristalina descubierta por primera vez en Rusia a mediados del siglo XIX. Los ingenieros quieren usar el material para construir paneles solares más baratos y más eficientes, potencialmente en conjunto con paneles a base de silicio, que son populares y más duraderos.
“Ahora se pone mucho énfasis en mejorar la eficiencia, y es por eso que de repente existen estos enfoques en tándem”, dijo Thomas White, científico investigador y profesor de la Universidad Nacional de Australia (ANU).
Otra razón, dijo: “Cada vez es más difícil reducir los costos de fabricación”.
White y otros dicen que la clave de los avances radica en mejorar la eficiencia de conversión de energía, el grado en que un panel convierte la energía de la luz solar directamente en electricidad.
Los paneles fotovoltaicos (PV) a base de silicio suelen ver tasas de eficiencia del 16% al 18%, y el límite teórico para la eficiencia fotovoltaica de silicio es del 29%, dicen los investigadores.
Los estudios sugieren que un panel solar de perovskita podría lograr eficiencias de hasta el 35%, al tiempo que reduce los costos al eliminar algunos pasos en el proceso de fabricación.
“La belleza de ellos es que puedes procesarlos desde la solución”, dijo White en una entrevista. “A diferencia del silicio, donde tienes que pasar por este refinamiento muy industrializado para obtener silicio de muy alta pureza, estos materiales los compramos efectivamente como polvo, los mezclamos en un solvente y luego podemos recubrirlos por centrifugación o recubrirlos en capas muy delgadas capas sobre un sustrato de vidrio, y eso potencialmente los hace muy baratos si se puede ampliar”.
El potencial ha atraído la atención y el apoyo. La Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA) anunció recientemente financiación para apoyar la investigación y el desarrollo hacia aplicaciones avanzadas de energía solar fotovoltaica. Hay disponibles $ 15 millones adicionales para equipos de I + D para soluciones de energía solar fotovoltaica al final de su vida útil y, en particular, “aumentar la rentabilidad de la energía solar fotovoltaica basada en silicio mediante el uso de materiales en tándem”.
ARENA ha obtenido el apoyo de científicos de la Universidad Nacional de Australia y del gigante chino de fabricación de paneles solares JinkoSolar en el esfuerzo más amplio de I + D destinado a comercializar tecnología solar de perovskita.
Ha habido algunos primeros signos de promesa. El año pasado, el equipo de ANU anunció un récord para una célula solar de perovskita más grande, logrando una eficiencia del 21,6% en el laboratorio. Los investigadores en los Estados Unidos y Corea del Sur han logrado eficiencias de conversión de perovskita del 24,2%, pero ANU dijo que el hito de su equipo marcó “el más alto jamás alcanzado para las células de perovskita por encima de un cierto tamaño”.
En un informe reciente sobre el futuro de la energía solar fotovoltaica, la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA) describió a la perovskita como “uno de los materiales más prometedores” en la investigación de tecnología solar en la actualidad: “un tipo de mineral muy bueno para absorber la luz” y “muy fácil de hacer en el laboratorio”.
Vale la pena ver I&D solar de perovskita, dijo IRENA, pero la agencia advirtió que pasaría un tiempo antes de que las iniciativas de investigación de China, Australia, EE. UU y otras descifren el código para llevarlo a la realidad comercial.
El mayor obstáculo sigue siendo la durabilidad: los cristales de perovskita se descomponen más rápido que el silicio.
“Debido a que los cristales se disuelven fácilmente, no pueden manejar condiciones húmedas y necesitan ser protegidos por la humedad a través de la encapsulación, por ejemplo a través de una capa de óxido de aluminio o placas de vidrio selladas”, explicó IRENA.
White en ANU reconoció esta deficiencia. Perovskita tampoco puede tomar calor tan bien como el silicio, agregó.
“El principal desafío en este momento es la estabilidad”, dijo. “Todavía estamos luchando para que sean lo suficientemente estables como para que desee colocarlos en un tejado durante 25 años. Entonces esa es una pregunta sin resolver”.
Es un desafío que él cree que puede superarse, en particular a través del enfoque “en tándem” promovido por ARENA, mediante el cual la perovskita se combina con una capa de silicio para mejorar en gran medida la conversión de energía solar y mejorar la durabilidad y la estabilidad. El principal beneficio del enfoque en tándem es una mejor captura de energía.
“Si toma dos materiales de celdas solares y los junta, puede optimizar una celda para absorber la luz azul y verde, que proporciona alta energía, y otra celda está optimizada para la luz infrarroja”, agregó White. “Y si pones los dos juntos, apila uno encima del otro, entonces ese límite de eficiencia aumenta significativamente”, explicó.
IRENA, con sede en Abu Dhabi, Emiratos Árabes Unidos, cree que la tecnología tiene el potencial de transformar la industria de la energía solar fotovoltaica “si se pueden superar estas barreras”.
“Las células de perovskita tienen el potencial de cambiar la dinámica y la economía de la energía solar porque son más baratas de producir que las células solares y pueden producirse a temperaturas relativamente bajas, a diferencia del silicio”, concluyó la agencia.
Los ingenieros con sede en universidades de China y Estados Unidos analizaron en profundidad el estado de la investigación con células solares de perovskita en una edición reciente de la revista científica Advanced Functional Materials. Su documento reconoció los problemas con la mejora de la estabilidad, pero también destacó el “sorprendente progreso en la eficiencia de las células solares de perovskita”.
Aún así, el equipo concluyó que el siguiente paso debe centrarse en hacer que la perovskita sea tan duradera como el silicio antes de que la comercialización se convierta en realidad. White estuvo de acuerdo. “Eso hará o romperá la perovskita en los próximos años”, dijo.
Artículo en inglés