El prometedor futuro de las celdas solares de perovskita

Las celdas fotovoltaicas hechas con materiales de perovskita se han convertido rápidamente en una de las áreas mas importantes en el desarrollo de energía desde hace unos años. Pero la mayoría de estos materiales ha incluido metales tóxicos como el plomo, elevando las preocupaciones sobre su impacto ambiental.

Ahora, dos equipos han desarrollado independientemente celdas a base de perovskita en las que se ha cambiado el plomo por estaño, elemento que podría ayudar a convencer a los inversores y reguladores que las celdas tienen un futuro comercial.

Los materiales de perovskita son llamados así debido a la estructura cristalina que comparten en común con este mineral, el cual se forma naturalmente. Las celdas iniciales, que aparecieron por primera vez en 2009, alcanzaron tasas de conversión energética de 3.8 por ciento.

Pero a partir de entonces han estado avanzando, aumentando hasta el 10 por ciento de eficiencia en 2012 y hasta el 15 por ciento en 2013. Ese mismo año, Henry Snaith, de la Universidad de Oxford en Inglaterra, presentó una celda de perovskita que alcanzaba un 15 por ciento de eficiencia, pero con un diseño mas sencillo. Su dispositivo dependía de una delgada lámina de metilamonio de yoduro de plomo para hacer la doble labor de absorber luz y portar carga. Desde entonces, las eficiencias fotovoltaicas han aumentado un poco (hasta 17,9 por ciento), un avance logrado por Sang Il Seok en el Instituto de Investigación Coreano de Tecnología Química en Daejeon.

Tabla de eficiencias de diferentes celdas solares (clic para ampliar). Imagen por NREL

Esta eficiencia ya pelea mano a mano con celdas solares mas pesadas, y está ganando terreno rapidamente en el mercado de celdas de laminas delgadas, las cuales usan materiales semiconductores de Cobre, Indio, Galio y Selenio (o CIGS). El progreso sin presedentes ha sido aun mayor con el hecho de que los materiales de perovskita son extremadamente estables, usan materiales baratos y abundantes, y es simple incorporarlos en las celdas.

Sin embargo, utilizar materiales a base de plomo no es ideal. Solo hay unas pequeñas cantidades de este en cada celda, pero esto es suficiente para tener un impacto ambiental significativo si son desarrolladas a gran escala en todo el mundo. A los investigadores les preocupa que esto pueda limitar su uso. "Esto es un problema al momento de convencer a los inversores", afirma Mercouri Kanatzidis, químico de la Universidad Northwestern en Evanston, Illinois.

Snaith reportó en la publicación Energy and Environmental Science que las celdas hechas con metilamonio yoduro de estaño, el cual está libre de plomo, es mas o menos un 6 por ciento eficiente. Justo unos días después, Kanatzidis reportó por su cuenta resultados muy similares en Nature Photonics utilizando metilamonio bromuro de yoduro de estaño.

Un problema importante que tienen las perovskitas basadas en estaño es su inestabilidad, ademas que deben ser manejadas bajo una atmósfera inerte. Sin embargo, Kanatzidis dice que los métodos de procesamiento necesarios ya se encuentran establecidos en la industria, y que las celdas son relativamente estables una vez se sellan en una carcasa hermética. También está confiado en que las perovskitas de estaño puedan alcanzar eficiencias superiores al 6 por ciento.

Las perovskitas de estaño pueden ofrecer un seguro si las de plomo resultan ser un problema ambiental. Pero analizar cuales metales pueden ser una alternativa también es una movida inteligente porque podrían mejorar, de paso, el rendimiento de las celdas solares. Las actuales celdas a base de estaño producen, por ejemplo, un mayor voltaje que su contraparte a base de plomo. "Puede resultar posible que el estaño termine teniendo una mayor eficiencia" afirma Snaith.

Las similitudes entre los resultados de los dos laboratorios resaltan el frenético ritmo que se está dando en esta área. "La competencia es increíble. No puedes asumir que estas llevando la delantera", dijo Snaith.

Snaith cofundó una empresa, Oxford Photovoltaics, para comercializar sus celdas de perovskita, mientras que Kanatzidis está hablando con fabricantes de celdas solares sobre la inclusión de su tecnología en ellas. Sin embargo, ambos están de acuerdo en que el mayor reto para su comercialización masiva está en su estabilidad. "La mayor pregunta es si podremos hacer estas cosas estables durante 25 años", afirma Snaith.

Fotografía por Oxford University

Silvio Sánchez

Soy la fundadora de TodoSalud.co, una estudiante de enfermería apasionada con la salud y la comunicación. Puedes seguirme en youtube, donde subo videos sobre maternidad; tambien en Instagram y Facebook :)