Materiales de perovskita, útiles para eficientar las celdas solares
Entre sus ventajas se encuentran una alta eficiencia de conversión y versatilidad de procesamiento: Diego Solís, del IIM
A partir de ciertas estructuras químicas, como las de tipo perovskita, el uso generalizado de energías renovables, como la solar, pueden convertirse en una opción competitiva a las tecnologías tradicionales, afirmó Diego Solís Ibarra, investigador del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM).
La perovskita es un mineral hecho de trióxido de titanio y de calcio (CaTiO3) relativamente raro en la corteza terrestre, que se cristaliza y forma una estructura química de rombo. Fue descubierta en los Montes Urales de Rusia por Gustave Rose en 1839 y nombrada en honor del minerologista ruso Lev Alekseyevich von Perovski.
Pero el nombre perovskita se aplica también a un grupo general de cristales que presentan la misma estructura de dicho mineral, aunque cambien sus componentes químicos esenciales. Con estos materiales ensayan varios grupos de investigación en el mundo, entre ellos uno del IIM de la UNAM, para lograr celdas solares más eficientes, señaló Solís Ibarra.
Diversas combinaciones químicas
El joven investigador ofreció la plática De la química a la luz: celdas solares, LEDS y el fascinante mundo de las perovskitas, dentro del ciclo de conferencias La ciencia más allá del aula, sólida iniciativa de divulgación científica de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM fundada y coordinada por Lena Ruiz Azuara, investigadora emérita de la FQ, quien fungió como presentadora.
En el evento híbrido, realizado en el Auditorio B de la FQ, Solís Ibarra detalló que el Sol es una vasta fuente de energía, pues en 20 días irradia el equivalente a todo el carbón, petróleo y gas conocidos en la Tierra. Y aunque no podemos captar toda su energía, en la actualidad se desarrollan nuevos materiales para absorber la más posible.
Explicó que, hasta ahora, los paneles solares para captar la energía del astro rey se elaboran básicamente de silicio cristalino, lo que los hace duraderos, con buena eficiencia de absorción de energía solar, tecnología establecida y económicamente rentables.
El químico consideró que esta tecnología tiene en contra su aún alto costo, la contaminación asociada y el límite de eficiencia que tienen.
Para solucionar este problema y lograr paneles solares baratos, Solís Ibarra y sus colaboradores ensayan con celdas solares de perovskita, las cuales en el año 2009 tenían una eficiencia del 3.8 %, y para 2023 han mejorado hasta captar el 26.1 % de la energía solar.
Las perovskitas que utilizan los científicos respetan la estructura básica de rombo del mineral natural, pero pueden desarrollarse de diversas combinaciones químicas.
El universitario destacó entre las propiedades de las perovskitas que son semiconductores, aislantes, conductores y hasta superconductores. Por ello, son útiles como materiales ferroeléctricos (sólidos con una polarización espontánea incluso en ausencia de campo eléctrico), piezoeléctricos (materiales con la capacidad de concebir carga eléctrica interna a partir de la tensión mecánica), magnetorresistentes (es decir, que cambia la resistencia eléctrica de un conductor cuando se le aplica un campo magnético) y como conductores iónicos (que contienen iones, átomos con una carga eléctrica).
Entre las ventajas de las celdas solares de estructura tipo perovskita están su alta eficiencia de conversión, altos coeficientes de absorción solar, precursores de los materiales baratos y abundantes, versatilidad de procesamiento, defectos benignos y gran movilidad de electrones y huecos.
En tanto, entre las desventajas están su sensibilidad a la humedad, problemas de escalabilidad, toxicidad del plomo que contienen, que es un material quebradizo y hay que vencer el reto de lograr su estabilidad a largo plazo.
El investigador detalló que hacer celdas solares con capacidad de un megavatio requiere de siete toneladas de silicio, resultado que se logra con 35 gramos de materiales con estructura de perovskita.
Agregó que con estos materiales se ensayan también nuevas aplicaciones para producir diodos emisores de luz (o led, por el acrónimo inglés de light emitting diode), los cuales son tecnologías ahorradoras y de alta eficiencia.
De estructuras tipo perovskita también se pueden desarrollar fotocatalizadores (materiales semiconductores que actúan acelerando la velocidad de las reacciones químicas de oxidación) y fotodetectores (sensores que generan una señal eléctrica dependiente de la luz u otra radiación electromagnética que recibe), líneas de investigación aún abiertas en el mundo.