La perovskitas tienen el potencial de eclipsar el silicio en los paneles solares.
ALGUNAS VECES hace falta de algún tiempo para que la importancia de un descubrimiento científico quede clara. Cuando la primera perovskita, un compuesto de calcio, titanio y oxígeno, fue descubierto en las montañas de los Urales en 1839, y con el nombre de Conde Lev Perovski, un mineralogista ruso, no ocurrió mucho.
El nombre, sin embargo, ha llegado a ser utilizado como plural para describir un rango de otros compuestos que comparten la estructura cristalina del original.
En 2006 el interés aumentó cuando Tsutomu Miyasaka de la Universidad de Toin en Japón descubrió que algunas perovskitas son semiconductores y mostraron una promesa particular como la base de un nuevo tipo de célula solar.
En 2012 Henry Snaith de la Universidad de Oxford, en Gran Bretaña, y sus colegas encontraron una manera de hacer células solares perovskita con una eficiencia (medida en términos de qué tan bien una célula convierte la luz en corriente eléctrica) de poco más del 10%.
Este fue un índice de conversión tan bueno que el Dr. Snaith cambió inmediatamente la dirección de Oxford Photovoltaics, una empresa que él había cofundado para desarrollar nuevos materiales solares, en la fabricación de perovskitas y perovskitas por sí solo.
El progreso ha continuado, y ahora esa empresa y también Saule Technologies, una empresa polaca fundada en 2014 para hacer cosas similares, están a punto de lanzar al mercado las primeras células solares perovskita comerciales.
Hoy en día, el 10% es una eficiencia bastante modesta para una célula perovskita en las condiciones de mimo de un laboratorio. Para las células de laboratorio, los valores superiores al 22% son ahora rutinarios.
Eso hace que esas células sean comparables con las de silicio, ya que la mayoría de las células de los paneles solares son, aunque tales células de silicio son comerciales y no experimentales.
Sin embargo, las células de silicio tardaron más de 60 años en llegar tan lejos como han llegado, y el elemento probablemente se aproxima a su máximo nivel práctico de eficiencia. Por lo tanto, puede que no haya mucho más que exprimir de él, mientras que los perovskitas podrían dar mucho más de si.
Las celdas de perovskita también pueden fabricarse baratas a partir de productos químicos y metales industriales de uso común, y pueden imprimirse en películas flexibles de plástico en procesos de producción en serie de rollo a rollo.
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Las células de silicio, por el contrario, son rígidas. Se fabrican a partir de obleas de silicio extremadamente puro cortadas en láminas finas en un proceso que requiere altas temperaturas. Eso hace que las fábricas diseñadas para producirlas sean una propuesta cara.
A primera vista, entonces, los perovskitas ya deberían estar transformando el negocio de la energía solar. Pero las cosas nunca son tan simples. En primer lugar, como ocurre con muchas nuevas tecnologías, hay una diferencia entre lo que funciona a pequeña escala en un laboratorio y a escala industrial en una fábrica.
Aprender a fabricar algo lleva un tiempo. Además, los perovskitas como materiales no están exentos de problemas -en particular, una tendencia a ser un poco inestables en altas temperaturas y susceptibles a la humedad, lo que puede hacer que las células se descompongan. Estos rasgos no son propicios para el éxito de un producto que se espera que dure dos o tres décadas al aire libre. Los investigadores están empezando a resolver esas deficiencias haciendo perovskitas más robustas e impermeables.
Pero incluso si tienen éxito, hay una tercera consideración. Esto significa que estas nuevas células tendrán que enfrentarse a una industria de energía solar tradicional que invirtió 160.000 millones de dólares en 2017 y está familiarizada con el silicio y cómo manejarlo.
Lo que los perovskitas necesitan, entonces, es un registro que proporcione a esa industria la confianza necesaria para utilizarlos. Para ello, tanto Oxford Photovoltaics como Saule se asocian con grandes empresas para facilitar la introducción de nuevos materiales en el mercado, literalmente gracias a los productos establecidos.
En el caso de Oxford Photovoltaics, estos productos ya existentes son células solares de silicio. La idea detrás de las llamadas células tándem resultantes es que juntos los dos materiales implicados pueden absorber más del espectro y convertirlo en electricidad.
Esto se hace ajustando la capa superior de perovskita para absorber fuertemente en el extremo azul del espectro y dejando la capa de silicio inferior para capturar aquellas longitudes de onda que caen hacia el extremo rojo.
Eso aumenta la eficiencia del panel combinado en un 20-30%, dice Frank Averdung, jefe de Oxford Photovoltaics. Las células tándem de este tipo permitirían a los productores de paneles solares ofrecer un rendimiento superior al que sólo el silicio podría alcanzar. Estos paneles, por supuesto, costarían más dinero de fabricación, pero el aumento del rendimiento no aumentará el coste por vatio, dice el Sr. Averdung, y con el tiempo puede reducirlo.
Oxford Photovoltaics está construyendo una línea de producción en Alemania para empezar a fabricar células tándem el próximo año con lo que describe como procesos industriales estándar. La fábrica se utilizará para demostrar la tecnología, que luego se licenciará a otros fabricantes. Algunos de los detalles siguen siendo secretos, porque la empresa está trabajando con una gran pero anónima empresa de energía solar.
El enfoque en tándem reduce la barrera a la entrada de perovskitas en el mercado, y permite que los nuevos materiales cumplan con diversos estándares de la industria. Sin embargo, sólo pretende ser una casa de transición.
Eventualmente, el Sr. Averdung cree que los perovskitas actuarán como células independientes, y no sólo en los paneles convencionales. Debido a que son semitransparentes, las películas perovskitas también se pueden utilizar para convertir ventanas en generadores solares, capturando parte de la luz solar entrante y permitiendo el paso del resto.
Mientras tanto, Saule utiliza la impresión por inyección de tinta para producir sus propias células perovskitas en láminas de plástico delgadas. En la actualidad puede producirlas en tamaño A4 (210 mm por 297 mm), pero está ampliando el proceso para fabricar versiones con una superficie de un metro cuadrado.
Las láminas de Saule tienen una eficiencia del 10%, por lo que aún no son compatibles con los tipos de paneles de silicio que se encuentran en los parques solares. Pero Artur Kupczunas, cofundador de la empresa, dice que en combinación con la barata, la flexibilidad y la falta de peso de las láminas de perovskita, una eficiencia del 10% es suficiente para justificar la aplicación de esas láminas a los exteriores de los edificios. Los productos establecidos que Saule espera utilizar en la parte trasera son los componentes utilizados para construir estos exteriores.
Con este fin, Saule ha concedido a Skanska, uno de los mayores grupos constructores de Europa, el derecho a incorporar hojas impresas de perovskita en algunos de sus componentes.
Fuentes:
A continuación os dejo un vídeo sobre las células de perovskita son el futuro de las tecnologías que convierten la energía solar. Mira cómo pueden revolucionar nuestra vida.
Ingeniero en automatización y control industrial. La energía solar es una energía limpia e inagotable en nuestras manos está aprovecharla. in
