Desarrollan paneles fotovoltaicos más eficientes para conversión de energía solar en electricidad con nuevo material
Las celdas solares de silicio cristalino se empezaron a desarrollar hace 70 años. Ahora se está comenzando a experimentar con paneles fotovoltaicos construidos con otro material que pudiera muy bien también combinarse con el silicio: la perovskita, un mineral producto del trióxido de titanio y de calcio.
Este material tiene ventajas potenciales más atractivas que el silicio para el mercado energético y solar. Podría bajar el costo de las celdas solares a la mitad, e "incluso un poco menos”.
Aunque muy rentable por su período de vida (de 20 a 30 años), el principal inconveniente de las celdas de silicio es la alta inversión inicial para su producción.
La reducción de costos es la principal ventaja de la perovskita, pero no la única. Otra de sus ventajas es su menor peso. "Se puede disminuir hasta en una cuarta parte”.
Que las de silicio sean más pesadas aumenta el costo de su traslado, dificulta su instalación y reduce los lugares posibles donde instalarlas.
Si con las celdas de perovskita se reduce el peso a una cuarta parte, se amplían las posibilidades de transporte y de lugares para su instalación. Sería más fácil expandir esta tecnología incluso a lugares aislados, como la sierra chiapaneca o a la tarahumara.
Otra ventaja es su "fabricación en tinta”, como si estos materiales se imprimieran en una impresora. Eso las hace más fáciles de producir.
Una ventaja más es su excelente eficiencia de conversión de energía solar en electricidad. El máximo de conversión con el silicio es actualmente de 25.5 por ciento; con la perovskita, 26 por ciento. Y hay optimismo de que en los próximos años se alcance un 29 por ciento en celdas de perovskita, muy por encima del silicio.
La primera vez que se habló de la perovskita fue en 1839, por el experto ruso Lev Perovski, quien encontró este material en los Urales. Al estudiarlo, encontró que tenía una apariencia metálica, cristalina y bastante similar al diamante.
Empero, no es un material que sea exclusivamente autóctono de los Urales. La perovskita se produce de forma natural a partir del óxido de titanio de calcio y existen muchas otras combinaciones de elementos que llegan a adoptar la misma forma.
En 2009, un científico japonés descubrió que el material podía absorber la luz y producir energía solar. Consume menos energía que el silicio en su fabricación. Las celdas de silicio se fabrican en procesos complejos que requieren temperaturas de hasta 2,000 °C. Las celdas de perovskita se producen a temperaturas que no superan los 200 °C.
Se puede utilizar cerca del 90% de la tabla periódica para formar combinaciones de perovskita.
Inicialmente, se estima que las células de silicio-perovskita serán más caras que las de silicio actuales, porque necesitan más materiales y paso en el proceso. Sin embargo, la eficiencia del proceso compensará el costo adicional.
Es un material tolerante a los defectos. No se necesita de una calidad excelente para tener buena conducción.
Actualmente, existen dos tipos de celdas con perovskita. Una es la unión con una célula de silicio en un único dispositivo. La célula de perovskita iría colocada encima y es conocida como tándem. Estas células permiten aprovechar toda la radiación del Sol y aumentar la eficiencia.
Lo anterior se debe a que la célula de perovskita absorbe las longitudes de onda cortas del espectro del Sol (los colores amarillo, verde, azul, violeta y ultravioleta), mientras que la célula de silicio absorbe las longitudes de onda largas (esencialmente el naranja, el rojo y una parte del infrarrojo). Gracias a esta combinación se ha logrado una cifra récord de eficiencia de conversión: 29,15%.
La segunda opción son las células de perovskita de lámina delgada. Sus usos serían, principalmente, de aplicaciones integradas. Por ejemplo, en automóviles, ventanas o materiales de construcción. Esto todavía está en fase experimental y tardará algunos años más en hacerse realidad su uso en la generación de electricidad fotovoltaica.
Por Rafael Santiago Medina INS
