Celda solar de perovskita: el futuro fotovoltaico

Las celdas solares de perovskita es la tecnología fotovoltaica del futuro ya que tendrá un gran impacto en la economía (va a cambiar el mercado solar fotovoltaico), pero sobre todo, un efecto benéfico en el medio ambiente.

Hoy más del 80 por ciento de la energía en el mundo se genera mediante la quema de carbón y petróleo, principal fuente de emisiones de CO2, gas de efecto invernadero que incrementa la temperatura global.

Por sus beneficios y ventajas, la tecnología solar fotovoltaica es una excelente alternativa frente a las fuentes de energía tradicional y a los combustibles fósiles, dice Diego Solís Ibarra, del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM-UNAM).

Es una tecnología prácticamente limpia. No genera contaminación que dañe al planeta, al medio ambiente y a los seres vivos. Además, hoy en día, la energía fotovoltaica es más barata que la producida por cualquier otro método.

En México, país con “mucho sol”, la energía solar es altamente rentable. Por su ubicación geográfica, todos los días recibimos buena cantidad de energía solar que podría ser aprovechada para generar la energía que consumimos.

Las celdas solares fotovoltaicas se pueden instalar en micro redes cerca de casas, edificios o instalaciones de empresas, dice el doctor Solís Ibarra.

No tienen el costo económico y ecológico asociado al transporte de energía desde donde ésta se produce. Actualmente, las plantas de generación están muy lejos del consumidor, cerca de costas o donde hay capacidad hidroeléctrica.

China, mayor productor de paneles

La tecnología solar fotovoltaica que domina el mercado es la de silicio cristalino. China es el mayor productor de paneles y “tiene la mayoría del mercado”. Aunque hay otros jugadores mercantes con desarrollos propios, como Alemania y Estados Unidos.

China invierte ahora mucho en instalación de celdas. También Alemania (tiene “tremenda capacidad instalada”) y California, EU (“crece a pasos agigantados”), entre otros países.

En México, en cambio, hay pocas empresas ensambladoras; “no producen desde cero”. Y en investigación, “tenemos, personas que saben mucho y son muy capaces”.

El potencial de la perovskita

A diferencia de las celdas solares de silicio cristalino que se empezaron a desarrollar hace 70 años, los paneles con base en perovskita es una tecnología nueva.

Sin embargo, 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, “incluso un poco menos”.

Aunque muy rentable por su periodo de vida (de 20 a 30 años), el principal inconveniente de las celdas de silicio es la alta inversión inicial.

La reducción de costos es la principal ventaja pero no la única de las celdas de perovskita. Otra 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, dificultad su instalación y reduce los lugares posibles donde instalarlas. “En una estructura débil, por ejemplo, de láminas, no pondrías paneles”.

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 fácil de producir.

Una ventaja más es su excelente eficiencia de conversión. El récord actual es de 25.5 por ciento. Prácticamente igual a la del silicio cristalino: aproximadamente 26 por ciento.

“A la humanidad le llevo 70 años llegar a ese porcentaje de eficiencia en las celdas de silicio cristalino; mientras que escasos 10 años a las de perovskita”. Hay optimismo de que en los próximos años se alcance un 29 por ciento en celdas de perovskita, “muy arriba del silicio”.

Tres retos

Pese a ser una tecnología nueva, para mejorarla el primer reto es escalarla a nivel industrial. En el laboratorio Diego Solís hace celdas eficientes, pero pequeñas (de un par centímetros cuadrados).

La estrategia en laboratorio —aclara— es hacerlas pequeñas, incluso de milímetros, para explorar, estudiar y entender los materiales en los dispositivos.

Después es necesario desarrollar celdas de 100 cm cuadrados o más grandes y luego producirlas con “un alto porcentaje de eficiencia deseada”: todas, no solo algunas.

El segundo reto es disminuir la toxicidad de los materiales de las celdas solares. El tema es debatible, ya que al usar poco plomo, y con manejo de desechos y reciclaje de celdas apropiado, la toxicidad sería un problema mínimo.

“Para que te des una idea: una celda de perovskita de 1 m cuadrado contiene contiene unos 5 gramos de plomo, mientras que la batería de nuestros coche tiene varios kilos de este material”.

Además de tratar de disminuir el contenido de plomo, Solís y colaboradores del IIIM trabajan en mejorar la estabilidad de los materiales de la celdas de perovskita.

Se estima que su tiempo de vida, en las mejores condiciones, es de ocho o quizá 10 años. Su duración ideal sería de 20 años o más.

“Hemos desarrollado ya nuevos materiales con mejor estabilidad y con menor toxicidad. Tenemos candidatos prometedores con buenos resultados iniciales. Y seguimos trabajando para mejorarlos”.

Por una mejora continua

Diferentes compañías en el mundo, dice Solís Ibarra, intentan llevar esta tecnología a nivel comercial. Es posible que el próximo año ya estén en el mercado las celdas solares de perovskita.

—¿Por qué entonces trabajar en este tipo de celdas?
Tener un producto comercial, dice, no quiere decir que no se puede mejorar en sus costos, materiales y eficiencia conversión.

Un teléfono celular, por ejemplo, puede hacer ”mil cosas”, pero las compañías siguen mejorándolos cada año y cada año siguen vendiendo millones de teléfonos.

En celdas de perovskita, señala el investigador del IIM, aún hay mucho por mejorar en la estabilidad de los materiales, reducir sus costos y toxicidad, así como en su manufactura e impacto ambiental.

—¿Vamos en dirección contraria a la promesa de las energías renovables cuando se apoya más a la industria petrolera?
Hay un error de concepto. Pensamos que la refinación sólo es para producir energía, pero produce muchos otros productos de valor agregado. Refinar petróleo y producir energía limpia no están peleados. Se pueden hacer perfectamente los dos.

Sin embargo, por la ubicación geográfica y el clima privilegiado del país, se requiere más impulso a las energías renovables, en particular a la energía solar fotovoltaica, ya que “abren un camino viable para reducir las emisiones y controlar el calentamiento global”.

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Recuadro

Celda de perovskita
El material clave, absorbente de luz, es la perovskita.
Otros materiales que la acompañan son: vidrio, óxido conductor transparente, un contacto metálico en la capa superior y algunas capas extractoras entre los contactos y la perovskita.
La perovskita más utilizaba es un compuesto de metil-amonio, plomo y yoduro. Se llama triyodoplumbato de metil amonio o MAPbI3. La primera vez que se utilizó como sensibilizador en una celda solar fue en 2009.