Paneles solares y el potencial de la perovskita

✔ Las células solares de perovskita son un 20 % más eficientes que las estándar

✔ Solo absorben la parte azul del espectro solar, el que genera calor y no quema

✔ Las placas solares con perovskita serán más caras, pero también más eficientes

Las células solares de perovskita han batido récords de eficiencia de paneles solares desde 2018 y la tendencia continúa.

Los consumidores podrían reducir en gran medida tanto su huella de carbono como sus facturas, todo gracias a la perovskita.

Chris Case, director de tecnología de Oxford, ingeniero y doctorado en Ciencia de los Materiales, nos explicó qué es la perovskita, cómo puede beneficiarnos y porqué, según su opinión, puede ser muy beneficioso para el planeta.

Christopher Cole, director de Tecnología de la empresa británica Oxford PV, con una pequeña muestra de placa solar con perovskita

¿Qué son las células solares de perovskita?

Las celdas solares de perovskita son celdas dobles (tándem), que se crean cuando una delgada celda de perovskita se coloca encima de una celda de silicio estándar.

La celda de perovskita está hecha de material sintético que ha sido modelado en la estructura cristalina especial de un mineral llamado perovskita.

Esta estructura absorbe la luz solar de una manera diferente y más eficaz que las células de silicio.

Según Case, la célula de perovskita es mucho mejor para usar la parte azul del espectro solar.

“El sol tiene una gama de colores que llegan hasta la superficie de la Tierra”, explicó. “Las partes azul y ultravioleta provocan quemaduras solares, y las partes roja e infrarroja dan calor.

“La celda solar normal de silicio es buena para usar la parte roja. Pero todo lo bueno y energético está en la parte azul. Por eso te quemas con el sol”.

Pero, ¿por qué la perovskita absorbe la parte azul del espectro solar, cuando el silicio no lo hace?

Christopher Case explica este fenómeno comparando las células solares con la pintura.

“Pintas con pigmentos, y los pigmentos son químicos. Así, el blanco es óxido de titanio y el azul es un tipo diferente de químico, y estos químicos absorben diferentes partes del espectro solar”.

“En nuestro caso, no es diferente. Nuestra perovskita es un químico como una pintura en términos de su capacidad; simplemente se ha adaptado hacia el extremo azul del espectro, y resulta ser bueno para ser una celda solar. Es como si pusieras pintura azul encima de pintura roja. Cuando la luz pasa, los fotones rojos atravesarán el azul. Pero los fotones azules son absorbidos por la pintura azul”.

La historia de las células solares de perovskita

El mineral de perovskita fue descubierto por primera vez por el mineralogista alemán Gustav Rose en 1839, en los Montes Urales de Rusia.

Esta roca de óxido de titanio y calcio recibió su nombre de Lev Perovski, un mineralogista del siglo XIX que sirvió en la corte del emperador ruso Nicolás I.

Desde finales de la década de 2000, los científicos modernos han intentado capturar más energía solar replicando la estructura cristalina que se encuentra en el mineral que Rose descubrió hace más de 180 años.

En 2009, los investigadores de la Universidad de Tokio comenzaron a crear una celda de perovskita con una eficiencia del 3,8 %.

Los científicos solares comenzaron a desarrollar la tecnología y en 2012, los fundadores de Oxford PV, Henry Snaith y Mike Lee crearon una celda que elevó el listón a alrededor del 10 % de eficiencia.

Dos años más tarde, en 2014, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Corea creó un dispositivo solar de perovskita con una eficiencia del 20,1 %.

Desde sus humildes comienzos, el rendimiento ya era mejor que los paneles regulares, que generalmente tienen una eficiencia del 15 al 18 %, en solo cinco años.

Desde entonces, el récord de eficiencia han batido nuevos records equipos de EE. UU., Corea del Sur, Suiza, China, Reino Unido y Alemania.

Paneles solares con perovskita en la empresa Oxford PV

El estado actual de la perovskita

En 2018, la empresa británica Oxford PV batió el récord mundial al demostrar que sus células tándem de perovskita y silicio podían funcionar con una eficiencia del 28 %, alrededor de un tercio más que los paneles fotovoltaicos estándares actuales.

Además de batir el récord, esta hazaña también acabó con las ideas preconcebidas sobre el tope del rendimiento de la energía solar, y eso solo ha sido el comienzo.

Oxford PV, que comenzó en un laboratorio de la Universidad de Oxford, quiere empezar a fabricar lo que serían los paneles de consumo más eficientes del mundo durante 2023.

Case aseguró que las celdas podrían ser “potencialmente un 50 % más eficientes” que los paneles actuales, pero, por el momento, continuó “estamos obteniendo alrededor de un 20 %”.

Según todos los informes, el producto también es duradero. Oxford PV ha declarado que las células están siendo diseñadas “para cumplir con las expectativas del cliente de 25 años de vida útil y garantía”.

Además, otras instituciones están mostrando interés en la perovskita y dando grandes pasos por su cuenta.

En enero de 2020, el centro de investigación Competence Center Photovoltaics de Berlín batió el récord de Oxford PV cuando su propia célula tándem de perovskita-silicio registró una eficiencia del 29,15 %.

Y en agosto de 2020, el Departamento de Energía de EE. UU. anunció que había comprometido $ 20 millones (unos 16 millones de euros) para desarrollar tecnología solar fotovoltaica de perovskita.

¿Cuál es el potencial de la perovskita?

Hay muchas ventajas teóricas en el uso de perovskita para crear paneles solares más efectivos – desde frenar el cambio climático hasta reducir las facturas de energía.

• Acelerar el cambio global hacia las energías renovables

El movimiento hacia las energías renovables ha sido rápido en los últimos años, especialmente en Europa y Estados Unidos.

Cada vez más personas comprenden que la destrucción del planeta provocará una aceleración del cambio climático, la propagación de pandemias y la extinción de animales en cantidades sin precedentes. Para saber qué industrias son las más perjudiciales para el medio ambiente, leer Las siete industrias más contaminantes.

Sin embargo, solo el 11,5 % de la energía consumida es renovable, según Our World in Data. Las células solares de perovskita podrían impulsar este cambio hacia un futuro más verde.

El Dr. Case explicó: “El crecimiento de la energía solar es de un 20 % anual, en promedio. El problema es que comenzamos con un 2%, por lo que el cambio lleva su tiempo. Pero si se consigue abaratar el precio, puedes hacer que la tasa de crecimiento sea más rápida. Y cuando se vuelve más barato que otras fuentes de energía, ya no se puede detener su aceptación y adopción”.

Según Cole, este cambio sería aún más dramático en partes del mundo sin sistemas de energía consolidadas que todavía dependen en gran manera de los combustibles fósiles.

“Si vas fuera de Occidente a países donde no hay infraestructura energética – allí no hay nada que se le resista y será un éxito”, aseguró. ¿Por qué deberían comenzar con algo arcaico, que contamina el mundo, como el carbón, cuando pueden comenzar con algo como la fotovoltaica?”.

Case predijo que las empresas pronto dejarían de producir petróleo, actualmente es el combustible fósil más utilizado en el mundo. “Todas las compañías petroleras saldrán del negocio de la energía”, dijo. “O entrarán en el negocio de la energía solar. Al final, la resistencia de las grandes compañías petroleras simplemente se desgastará. Lo que nuestra tecnología hará es acelerar la adopción de la energía solar”.

• Ahorro de millones de toneladas de CO2

Eliminar el petróleo del consumo mundial de energía sería un cambio sísmico en la lucha contra el cambio climático, cambiaría el 50 % de la energía mundial a la energía solar y se podrían reducir 15.600 millones de toneladas.

“Hace unos años”, explicó Case, “la combinación de capacidad eólica y solar fue de un teravatio (un billón de vatios). Pero necesitamos básicamente 40 veces la misma cifra si vamos a transformar todo en energía renovable.

“Hice un cálculo rápido: ahorraríamos 25 mil millones de kilogramos de vidrio por cada teravatio de energía fotovoltaica que se instale, si usa nuestra tecnología.

“Luego volví a calcular esto mismo en CO2. Sería aproximadamente 1 kg de CO2 por 1 kg de vidrio, por lo que ahorraría 25 millones de toneladas de CO2 por teravatio de energía fotovoltaica”.

Si la energía solar se convierte en el 50% de la fuente de energía del mundo, necesitaríamos aproximadamente otros 19 teravatios.

Al usar celdas de perovskita en lugar de modelos puramente de silicio, podríamos ahorrar 475 millones de toneladas de CO2, según los cálculos de Christopher Case.

• Cómo hacer que los paneles solares sean más rentables

Case reveló que las células de perovskita de Oxford PV costarán más al principio, pero serán mucho más rentables a largo plazo.

“Es verdad que serán más caros. Pueden costar 20, 30 o 40% más”, admitió.

“Pero, al final, serán más baratas; devolverán energía más barata, el retorno de la inversión será más rápido. Así que en el tema de la financiación se ve bien”.

El dinero que espera ganarse con las células de perovskita, según Cole, animaría a la gente a adoptar la tecnología.

“Es un buen argumento. En primer lugar, es la única forma de salvar el planeta para el futuro. ¡Pero también puedes atraer gente porque vas a ahorrar dinero y reducir CO2! Realmente, ya no hay una razón legítima para no hacer esto.

Continuó: “Cuando la energía fotovoltaica sea aún más barata, ese período de recuperación también se reduce. Por lo tanto, la asequibilidad será mejor y, por supuesto, a medida que la asequibilidad mejore, se reducirá ese bloqueo para la adopción”.

¿Hay alguna desventaja en el uso de perovskita?

La principal desventaja es que sus paneles solares costarán más inicialmente, pero las células de perovskita podrían compensar con creces este problema con el tiempo, con una producción de energía que actualmente es un 20% más alta que los paneles estándar.

“Todo lo que contiene está fácilmente disponible en grandes cantidades, a bajo costo. Estos son solo productos químicos sintetizados a partir de elementos comunes.

“Nos aseguramos en cada etapa de que no estamos usando cosas que van a ser problemáticas desde un punto de vista ecológico, un punto de vista reciclable o un punto de vista renovable”, aseguró Cole

¿Qué es la pintura solar de perovskita?

La pintura solar de perovskita es otra forma de utilizar la estructura de perovskita para recolectar energía solar.

Los investigadores rocían una pintura que contiene material de perovskita sobre las células de silicio, para que puedan aprovechar mejor los rayos del sol.

Es un proceso rápido, en la medida en que podría ser potencialmente escalable a un nivel para toda la industria, siempre y cuando se haya perfeccionado.

Los científicos de la Universidad de Sheffield publicaron un artículo en 2014 que mostraba que habían alcanzado una eficiencia del 11 % con su pintura solar, y la investigación ha continuado a buen ritmo desde entonces.

En abril de 2020, un equipo de la Universidad de Sheffield en el Reino Unido dirigido por el mismo investigador, el profesor David Lidzey, publicó un artículo en Nature que demostraba que habían alcanzado una eficiencia del 19,4 % en un área pequeña.

La tecnología para la pintura solar de perovskita aún no está del todo allí, pero ha llegado asombrosamente lejos en solo seis años.

Resumen

Oxford PV planea lanzar celdas solares de perovskita en 2023 y, por lo que sabemos de la perovskta, hay muchas razones para aprovechar esta nueva tecnología.

Se podría ahorrar dinero, reducir la huella de carbono y contribuir a una vida mejor para miles de millones de personas.

Si las células solares de perovskita se convierten en la principal fuente de energía para los países en desarrollo, las desigualdades globales también podrían reducirse enormemente. Sólo hace falta que estén en el mercado.