Casi 200 años después de su descubrimiento, la perovskita está a punto de revolucionar el mundo
Gracias a los rápidos avances de los últimos meses, 2023 podría ser el año en que por fin empecemos a ser testigos del potencial de la perovskita y se consigan formas más baratas y eficientes de aprovechar la energía del Sol, escribe Anthony Cuthbertson
Nadie sabe quién descubrió la perovskita. A principios del siglo XIX se recogió una muestra del cristal en los montes Urales, en Rusia, antes de llegar al laboratorio del mineralogista alemán Gustav Rose, quien le dio nombre oficialmente en 1839. Él no lo sabía entonces, pero sus extraordinarias propiedades serían aclamadas casi 200 años después por su potencial para revolucionar las energías renovables.
Este descubrimiento comenzó en 2009, cuando unos investigadores japoneses empezaron a trabajar con el material y vieron que reaccionaba a la luz con una pequeña carga eléctrica. El equipo solo fue capaz de lograr una eficiencia de conversión de energía del 3,8% en una superficie diminuta, una fracción de la eficiencia de aproximadamente el 20% de los paneles solares de silicio convencionales, pero la revelación dio lugar a un nuevo campo de investigación.
En 2017, los extraordinarios avances logrados hicieron que los índices de eficiencia superaran ya el 22%, lo que llevó al profesor de física Valy Vardeny, de la Universidad de Utah, a designarlo como “material milagroso”. Otros lo describieron como un “material maravilloso” capaz de alcanzar los ambiciosos objetivos de energía neta cero que se estaban fijando en aquel momento, siempre y cuando el potencial lograra materializarse fuera de un laboratorio.
En mayo de este año se batió un nuevo récord de eficiencia en una célula solar de tamaño comercial, lo que por fin pone al alcance de la mano la producción en serie. El avance lo logró la empresa británica Oxford PV, que estableció un récord mundial de eficiencia del 28,6% con un diseño de perovskita-silicio en tándem que aprovecha ambos materiales para captar energía de distintas partes del espectro solar.
La empresa derivada de la Universidad de Oxford está comercializando la tecnología con el objetivo de iniciar la producción a gran escala en una fábrica de Alemania a finales de este año. Si tiene éxito, los primeros pedidos de clientes se atenderán a mediados de 2024.
“Los actuales paneles solares de silicio alcanzaron sus límites físicos. Tenemos una forma de transformar la eficiencia de estas células solares con la perovskita”, explica a The Independent Chris Case, director tecnológico de Oxford PV. “No hay ningún milagro en este material: es único, pero es pura ciencia. Los avances materiales no son más que manipulaciones de átomos a escala atómica”.
Case explicó que su empresa tiene previsto aumentar la eficiencia de sus paneles comerciales por encima del 30% en los próximos dos años, y añadió que la tecnología de su empresa servirá tanto para tejados residenciales como para huertos solares. Combinadas con un almacenamiento de baterías adecuado, estas tasas bastarían para satisfacer la demanda energética de los habitantes de zonas de alta densidad.
El límite teórico de esta célula solar multiunión es del 43%, muy superior al 29% del silicio aislado. Los científicos creen que pueden alcanzar aproximadamente el 90% de este límite teórico, con sistemas a pequeña escala que ya alcanzan índices de eficiencia superiores al 33% en condiciones de laboratorio.
El récord lo establecieron investigadores de la KAUST (Universidad Rey Abdullah de Ciencia y Tecnología) de Arabia Saudí, que fijaron la referencia a raíz de las cantidades desmedidas de fondos estatales destinados a tecnologías energéticas limpias para combatir los daños causados por la explotación de las vastas reservas de petróleo del país.
Stefaan De Woolf, director asociado interino del Centro Solar de KAUST, declaró que esforzarse por batir nuevos récords “es fundamental para alcanzar rápidamente los objetivos de energías renovables en la lucha contra el cambio climático”.
A pesar de que la perovskita es el mineral más abundante del planeta —compone el 38% de la masa de la Tierra, aunque la mayor parte está enterrada en las profundidades del manto—, la perovskita utilizada en las células solares se sintetiza en su totalidad a partir de materiales comunes como el bromo y el cloro.
Significa que su producción es mucho más barata que la de las células de silicio. Sin embargo, hasta hace poco los científicos han tenido problemas para conseguir que sea lo bastante duradera como para producirla a gran escala. Su eficacia se degrada con el agua, el calor y el oxígeno, a los que suelen estar expuestos los paneles solares comerciales.
“El mayor reto, con diferencia, es la durabilidad y la fiabilidad”, afirma Case. “Ya tenemos una gran eficiencia, mucho mayor que las células de silicio actuales, así que la mayor parte de nuestra investigación y desarrollo se dedica a mejorar la fiabilidad, no la eficiencia”.
Los paneles solares comerciales suelen tener una vida útil de unos 20 años, por lo que este es el objetivo que Oxford PV se fijó para su próxima generación de paneles. Mediante pruebas de estrés acelerado de su producto, la empresa afirma que las primeras células solares de silicio perovskita que lleguen a los clientes tendrán una vida útil de entre 20 y 30 años.
Si tiene éxito, la empresa podría ser la primera del mundo en producir en serie paneles solares de tan alta eficiencia. Otras empresas que esperan conseguir logros similares son Renshine Solar en China, que trabaja en una célula de perovskita que, según afirman, puede fabricarse a la mitad del coste de las células de silicio. El límite teórico de las PSC (células solares de perovskita) es un relativamente modesto 33% en comparación con las células de perovskita-silicio en tándem, pero Renshine Solar afirma que su fábrica estará funcionando en su totalidad en septiembre.
La perovskita también demostró ser prometedora para nuevos métodos de aumentar aún más la eficiencia de los paneles solares. El NREL (Laboratorio Nacional de Energías Renovables) del Departamento de Energía de Estados Unidos acaba de presentar un nuevo panel solar de doble cara capaz de generar electricidad a partir de la energía del Sol por ambas caras.
Otros avances recientes relacionados con la perovskita son los paneles autorreparables, capaces de recuperar el 100% de su eficiencia original tras sufrir daños por radiación en el espacio. Más allá de la energía solar, la perovskita podría tener profundas implicaciones en todos los campos, desde las baterías hasta las telecomunicaciones, y algunos científicos afirman que podría hacer que Internet sea 1.000 veces más rápido.
Es posible que su origen en los Urales siga siendo un misterio, pero la materialización de su verdadero potencial a escala mundial podría resultar milagrosa. El profesor Vardeny, que fue el primer científico en describirlo como un material milagroso hace seis años, declaró a The Independent que los últimos avances demuestran cómo el aprovechamiento de las extraordinarias propiedades de la perovskita ya ha transformado radicalmente las energías renovables.
“Cumplen un sueño”, afirmó.
Traducción de Michelle Padilla