Actualmente, la Agencia Internacional de la Energía ha declarado que la electricidad más barata de la historia procede de la energía solar y que ésta será la tecnología que liderará en el futuro el descenso en los precios de la generación eléctrica.
Esta afirmación se ha realizado cuando el rendimiento de los paneles fotovoltaicos actuales está alrededor del 18%-21%, basadas en el silicio. Pero ha aparecido un nuevo material llamado Perovskita que ha conseguido alcanzar una eficiencia del 25,9% en muy poco tiempo.
Es importante añadir que los inicios de la tecnología actual basada en el silicio se remontan a casi 100 años atrás.(en este artículo te explicamos mejor las actuales tecnología de los paneles monocristalinos y policristalinos existentes en el mercado) y que la Perovskita se está aplicando e investigando desde hace relativamente poco.
Esta noticia ha caído en el sector de la energía solar como una innovación inesperada pero que podría colocar el turbo a la fabricación de paneles solares ya que la eficiencia energética de los paneles solares con perovskita podría alcanzar hasta el 30%, parámetro inalcanzable por el momento para las tecnologías actuales, que se estima que podrían llegar como máximo al 27,6%, según el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los EE.UU (NREL).
El experimento llevado a cabo en este laboratorio por parte de la empresa Oxford PV consistía en recubrir una célula solar con el mineral perovskita y someterlo a la radiación solar. Los resultados han sido sorprendentes ya que se consiguió una transformación del 29,52% de la radiación solar en electricidad.
¿Qué es la Perovskita?
La perovskita es un mineral puro que consta de carbonato de calcio, titanio, oxígeno y estroncio. La palabra perovskita proviene de una palabra que se refiere al color "azul cielo" del mineral. El mineral fue descubierto en los Montes Urales de Rusia por Gustav Rose en algún momento alrededor de 1839 y posteriormente recibió el nombre del mineralista ruso L. A. Perovski, quien lo descubrió.
Las perovskitas tienen una estructura cristalina que se compone de varios compuestos químicos, principalmente carbonato de calcio, que forma el componente básico del mineral. Hay algunos otros compuestos que se pueden encontrar en la composición del mineral, pero constituyen menos del 10% de todos los elementos presentes.
Uno de los minerales más comunes donde podemos encontrar perovskita es el cuarzo.
Las perovskitas se componen de una combinación de dos aleaciones diferentes. El primer tipo de aleación está compuesto por un material extremadamente duro, generalmente compuesto por boro. El segundo tipo de aleación es un material más blando, a menudo óxido de aluminio o vanadio, que forma parte del núcleo del mineral.
Estos compuestos se combinan para producir las complejas propiedades físicas de la perovskita por las que podemos generar energía eléctrica gracias a la radiación solar.
Las principales características eléctricas, ópticas y físicas son las siguientes:
Alto coeficiente de absorción solar: Menos material puede absorber más luz
Capaz de transportar carga eléctrica de cualquier polaridad con un largo alcance
Menor cantidad de energía necesaria para excitar un electrón y convertirlo en conductor.
Alta constante dieléctrica
Propiedades ferroeléctricas: La polarización eléctrica puede ser modificada por la acción de campos eléctricos externos.
Usos de la Perovsquita
Las propiedades físicas de una película delgada de perovskita, que es la forma en la que se aplica este material, están influenciadas por la presencia de oxígeno en su composición. En una estructura en forma de celda fotovoltaica, la disposición afecta a la circulación de las corrientes eléctricas y modifica su conductividad eléctrica.
Pero para comprender cómo la composición de la perovskita afecta la eficiencia de una celda fotovoltaica, es necesario comprender cómo se usa la radiación solar en el proceso.
En la mayoría de los casos, la luz se absorbe a través de una celda fotovoltaica basada en silicio y esta luz se convierte en energía eléctrica a través del efecto fotoeléctrico.
Pero en el caso de la célula que llego a casi el 30% de la eficiencia se experimentó con una composición de silicio mejorada con perovskita que incrementó la estabilidad y el equilibrio de las intensidades eléctricas generadas por las celdas fotovoltaicas. Además, se añadió una capa superior de óxido de silicio en la celda inferior que optimiza el acoplamiento entre las dos celdas.
Los cristales de perovskita han demostrado ser increíblemente útiles en el desarrollo no solo de paneles solares sino también de sistemas de almacenamiento eléctrico, diodos emisores de luz y sistemas de captación de luz, utilizados principalmente en robótica.
Actualmente se utiliza para construir células solares de aplicación espacial, en la producción de iluminación LED de alta eficiencia.
Perovsquita y paneles solares
Tal vez el caso de uso más frecuente de la perovskita haya sido la energía solar. Dado que la premisa básica de un panel solar (compuesto de células fotovoltaicas) es convertir la luz solar en energía eléctrica utilizable, esas células deben ser absorbentes de energía solar de forma natural. Las células de silicio hacen esto razonablemente bien, pero las alternativas de la perovskita las eclipsan enormemente.
La eficiencia es su principal característica. Como decíamos antes, mientras que las celdas fotovoltaicas de silicio transforman en electricidad únicamente entre el 18% y el 21% de la energía del sol, las células solares que combinan silicio y perovskita pueden alcanzar una eficiencia del 30%.
Y al utilizar este material se pueden obtener también esta serie de ventajas y beneficios:
Los paneles son más fáciles de producir porque las células de perovskita son ligeras, plegables y se producen a temperaturas mucho más bajas, lo que produce menos residuos y mejora la ineficiencia.
Los fabricantes pueden aprovechar otras técnicas de fabricación más modernas como la impresión en 3D, para fabricar celdas fotovoltaicas.
Los paneles de perovskita pueden ser ajustados para absorber de manera óptima (o reaccionar a) la luz solar.
Futuro de la Perovsquita
A pesar de que la célula experimentada en el laboratorio mide menos de un centímetro cuadrado y se construyó de forma “artesanal” en el laboratorio, todo hace indicar que el método constructivo propuesto es capaz de ser replicado y potenciado en grandes industrias del sector mediante sistemas de impresión 3D y otros métodos de fabricación más modernos y eficientes.
El otro interrogante es la vida útil que puede tener este material. Mientras que los paneles fotovoltaicos antiguos basados en perovskita no pudieron sobrepasar la barrera de los 30 años que ofrecen los paneles solares convencionales basados en silicio, los científicos están encontrando formas de evitar la degradación causada por el calor y la humedad, por lo que se espera que los revestimientos especializados y la encapsulación pueden ayudar a aumentar la longevidad de este tipo de paneles solares basados en petrovskita.
Respecto a la comercialización de este tipo de paneles solares de petrovskita, no se espera que lleguen al mercado antes del 2022 ya que es necesario crear un proceso de fabricación competitivo económicamente y que iguale las actuales características eléctricas, térmicas y físicas de los paneles convencionales.
Lo que sí es seguro es que veremos una evolución muy fuerte en la innovación relacionada con los paneles solares, su eficiencia y rentabilidad en los próximos años.