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Científicos utilizan luz y agua para mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita

20 de septiembre de 2017

La última década ha sido testigo de una caída increíble de los precios de los paneles solares, impulsada en gran medida por los avances en la fabricación y la instalación. Ahora, los investigadores están desarrollando células solares que son incluso más baratas, usando cristales de perovskita, una alternativa más rentable que el silicio, que ha sido y es el material utilizado tradicionalmente para la fabricación de paneles solares.

Una nueva investigación publicada en Joule sugiere que la luz y el agua podrían utilizarse para hacer que las células solares de perovskita sean notablemente más eficientes.

Se cree que las perovskitas son la próxima gran revolución en la energía solar. Mientras que los paneles solares han conseguido ser mucho más asequibles, ahora se necesitará abaratar el coste del suelo si se quiere lograr el objetivo de la lucha contra el cambio climático. Comprar paneles solares para colocarlos en la azotea tendrá que costar tanto como dar una nueva capa de pintura. Y las perovskitas podrían ayudar a conseguirlo.

Para entender cómo funciona esta notable tecnología, basta con echar un vistazo dentro de una célula solar convencional. Cuando el sol da en el panel solar, las partículas de luz golpean libremente los electrones sobrantes de las moléculas de silicio.

Esos electrones fluyen a través del revestimiento metálico de la celda y luego a través del cable llega a los hogares y negocios que necesitan energía. Y la mayoría de las células solares fotovoltaicas utilizan un semiconductor basado en silicio, como se puede apreciar en el siguiente gráfico.

El problema con el silicio es que necesita ser perfecto para generar electricidad. Las imperfecciones microscópicas pueden desviar los electrones y que estos no lleguen a alimentar la bombilla o un ordenador portátil. Para depurar el silicio, los productores calientan el material a más de 800 grados C, lo que requiere mucha energía y cuesta mucho dinero.

Las células solares de perovskita, por su parte, generan energía incluso cuando están llenas de defectos. La materia prima cuesta menos que el silicio. Y, en el poco tiempo que han sido estudiadas, los científicos han logrado hacerlas más eficientes, permitiéndoles convertir más energía del sol en electricidad. De hecho, como se puede apreciar en este otro gráfico, las células solares de perovskita se han vuelto mucho más eficientes en un período muy corto de tiempo.

Investigadores de Estados Unidos y Gran Bretaña han demostrado que es posible mejorar aún más la eficiencia de las células de perovskita. En lugar de meter las perovskitas en un horno, como el silicio, es posible usar luz y humedad para eliminar los defectos del material. Todo lo necesario para hacer una célula solar mejor se puede encontrar en el ambiente en un día ligeramente húmedo.

El año pasado, los investigadores descubrieron que arrojar luz sobre las perovskitas causó que los átomos de yodo cargados positivamente se dispersaran, y esos átomos llevaron defectos en el proceso. Pero, cuando se apagó la luz, el efecto se invirtió.

Para este estudio, los científicos intentaron lograr que el efecto fuera permanente. Para ello, expusieron una célula de perovskita a la luz así como al oxígeno y una cantidad modesta de humedad. La luz hace que el oxígeno se una con defectos en la célula, neutralizándolos efectivamente. Un poco de humedad hace que la perovskita forme una capa protectora que se bloquea en los átomos de oxígeno, lo que significa que la célula no vuelve a su estado anterior.

“El proceso es relativamente simple en comparación con la producción de células solares de silicio”, dijo Tom Savenije, profesor de ingeniería química de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos y coautor del documento. “Es un tratamiento muy barato para conseguir estas mejoras.”

Esta investigación no es sólo útil en paneles solares. Los científicos están experimentando con el uso de perovskitas para reemplazar el silicio en las luces LED y detectores de rayos X, entre otros dispositivos. “Es realmente el material alternativo más barato para el silicio”, dijo Savenije.

Aun así, los investigadores se han encontrado numerosos obstáculos que superar antes de que las células solares de perovskita terminen en nuestros tejados. Uno de ellos es que las células de perovskita se degradan cuando se exponen a demasiada humedad. La lluvia, por ejemplo, puede provocar que se puedan filtrar productos químicos tóxicos, como el plomo.

“Es definitivamente la estabilidad el aspecto clave en el que debemos trabajar antes de que la comercialización sea una opción“, dijo Savenije. Pero se muestra optimista sobre el futuro de las perovskitas. “Si el silicio pudiera ser superado por otro material, sin duda es la perovskita la que tiene la mejor oportunidad”.

+ Información: elperiodicodelaenergia.com