Nuevos materiales fotovoltaicos: la perovskita reemplazará al silicio ?

 

Un grupo de investigadores descubrió allá por el 2009 propiedades fotovoltaicas en un material que es conocido desde hace muchos años y que podría reducir significativamente el costo de la energía solar. Se trataría de un nuevo tipo de celda solar, que se fabrica con un material considerablemente más barato de obtener y usar que el silicio.
 
Aunque el potencial de la perovskita está empezando a ser entendido, ha llamado la atención de los investigadores solares más importantes del mundo, y varias empresas ya están trabajando para empezar a comercializarlo.
Los investigadores dedicados a desarrollar la tecnología aseguran que podría conducir a paneles solares que cuesten solo de 10 a 20 centavos de dólar por watt. Hoy día, los paneles solares normalmente cuestan unos 75 centavos de dólar por watt, y el Departamento de Energía de Estados Unidos afirma que 50 centavos de dólar por watt de diferencia permitirá a la energía solar competir mano a mano con los combustibles fósiles.
En el pasado, los investigadores solares han estado divididos en dos bandos en su búsqueda por hacer que la energía solar sea más barata. Algunos han tratado de obtener celdas solares que se puedan fabricar a precios muy bajos, pero que tienen la desventaja de ser relativamente ineficientes. Últimamente, un mayor número de investigadores se han centrado en el desarrollo de celdas de muy alta eficiencia, a pesar de que requieran técnicas de fabricación más caras.
El nuevo material podría hacer posible obtener lo mejor de ambos mundos: celdas solares muy eficientes, pero también baratas de fabricar.
Uno de los investigadores solares más importantes del mundo, Martin Green, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, señala que la rapidez del progreso ha sido sorprendente. Las celdas solares que utilizan el material “se pueden fabricar con tecnología muy simple y potencialmente muy barata, y la eficiencia está aumentando de manera muy significativa”, afirma.

La perovskita se conoce desde hace más de un siglo, pero nadie había pensado en probarla en celdas solares hasta hace relativamente poco. El material particular que los investigadores están usando es muy bueno a la hora de absorber la luz. Mientras que los paneles solares de silicio convencionales utilizan materiales con alrededor de 180 micrómetros de espesor, las nuevas celdas solares utilizan menos de un micrómetro de material para capturar la misma cantidad de luz solar. El pigmento es un semiconductor que además también es bueno para el transporte de la carga eléctrica que se crea cuando es alcanzado por la luz.

Con la perovskita se podrían fabricar celdas solares mucho más eficientes, y mucho mas económicas de fabricar.

 

“El material es muy barato”, afirma Michael Grätzel, famoso en la industria solar por haber inventado un tipo de celda solar que lleva su nombre. Su grupo ha producido las celdas solares de perovskita más eficientes hasta ahora, y convierten el 15 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad, mucho más que otras celdas de producción barata. Basado en su rendimiento hasta el momento, y en sus propiedades conocidas de conversión de luz, los investigadores afirman que su eficacia podría fácilmente subir hasta el 20 o el 25 por ciento, una cifra igual de buena que las cifras récord (por lo general logradas en laboratorios) de los tipos más comunes de celdas solares hoy día. La eficiencia de las celdas solares producidas en masa puede ser más baja. Pero tiene sentido comparar la eficiencia de laboratorio de las celdas de perovskita con los registros de laboratorio de otros materiales. Grätzel asegura que el uso de perovskita en celdas solares probablemente resultará en un material “indulgente” que conserve una alta eficiencia en la producción en masa, ya que los procesos de fabricación son simples.
Las celdas solares de perovskita se pueden fabricar mediante la difusión del pigmento en una hoja de vidrio u hoja de metal, junto con algunas otras capas de material que faciliten el movimiento de electrones a través de la celda. No son exactamente las celdas solares en spray que algunas personas habían previsto, un ideal propio de la ciencia ficción por el que de forma instantánea se puede hacer que cualquier superficie sea capaz de generar electricidad, pero el proceso es tan fácil que se está acercando a ello. “Es muy poco probable que alguien llegue a ser capaz de simplemente comprar un tubo de ‘pintura solar’, pero todas las capas de la celda solar pueden ser fabricadas con la misma facilidad con la que se pinta una superficie”, señala Henry Snaith, físico de la Universidad de Oxford que, en colaboración con investigadores de Asia, ha publicado algunas de las mejores eficiencias para el nuevo tipo de celda solar.
Cuando se probaron por primera vez las perovskitas en celdas solares en 2009 los niveles de eficiencia fueron bajos, y solo convertían aproximadamente el 3,5 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad. Las celdas tampoco duraban mucho, ya que un electrolito líquido disolvía la perovskita. Los investigadores apenas tuvieron tiempo suficiente para ponerlas a prueba antes de que dejaran de funcionar. Sin embargo el año pasado un par de innovaciones técnicas (formas de sustituir un electrolito líquido con materiales sólidos) resolvieron esos problemas e hicieron que los investigadores iniciaran una carrera por producir celdas solares cada vez más eficientes.
“Entre 2009 y 2012 solo existía un artículo publicado. Luego, a finales del verano de 2012 es cuando empezó todo”, señala Snaith. Las eficiencias se duplicaron rápidamente y después volvieron a duplicarse. Y se espera que la eficiencia siga creciendo a medida que los investigadores apliquen técnicas que han demostrado mejorar la eficiencia de otras celdas solares.
Snaith está trabajando para comercializar la tecnología a través de una empresa llamada Oxford Photovoltaics, que ya ha recaudado 4,4 millones de dólares. Grätzel, cuya tecnología original de celda solar se utiliza actualmente en productos de consumo tales como mochilas y cubiertas para el iPad, está otorgando licencias de uso de la nueva tecnología a empresas que tienen el objetivo de competir con los paneles solares de silicio convencionales para la producción de energía solar a gran escala.
Al igual que cualquier otro nuevo competidor en el altamente competitivo mercado de los paneles solares, las perovskitas tendrán dificultades para competir con las celdas solares de silicio. Los costos de las celdas solares de silicio están bajando, y algunos analistas creen que con el tiempo podrían caer hasta 25 centavos de dólar por watt, lo que eliminaría la mayor parte de la ventaja de costos de las perovskitas y disminuiría el incentivo para invertir en la nueva tecnología. Se espera que el proceso de fabricación de celdas solares de perovskita sea fácil, y puede ser tan simple como la difusión de un líquido sobre una superficie o la deposición de vapor (que es otro proceso de fabricación a gran escala). Sin embargo, históricamente, ampliar la escala de las nuevas tecnologías de celdas solares ha llevado más de una década, y las celdas solares de silicio podrían haber avanzado demasiado de aquí a una década como para alcanzarlas.
Green señala que una oportunidad podría residir en el uso de perovskitas para aumentar las celdas solares de silicio, en lugar de reemplazarlas. Podría ser posible pintar celdas solares de silicio convencionales con perovskitas para mejorar su eficiencia, y así reducir el coste general por vatio de las celdas solares. Esto podría ser una forma más fácil de entrar en el mercado solar que tratar de introducir un nuevo tipo de celda.
El hecho de que el material incluya una pequeña cantidad de plomo tóxico podría ser una dificultad añadida. Habrá que hacer pruebas para mostrar el grado de toxicidad como parte del material de la perovskita. También se pueden crear iniciativas para asegurar que las celdas solares son recogidas y recicladas, y evitar que los materiales lleguen al medio ambiente. Este es el enfoque adoptado hoy día con las baterías de arranque de plomo-ácido usadas ​​en los automóviles. También podría ser posible sustituir el plomo en las celdas por estaño o algún otro elemento.

Fuente: www.technologyreview.es

 

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