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Un material que podría hacer que la energía solar sea más barata
Un nuevo tipo de célula solar, hecha de un material que es dramáticamente más barato de obtener y usar que el silicio, podría generar tanta energía como las células solares de consumo actual.
Aunque el potencial del material recién se está empezando a comprender, ha llamado la atención de los principales investigadores solares del mundo y varias empresas ya están trabajando para comercializarlo.
Los investigadores que desarrollan la tecnología dicen que podría conducir a paneles solares que cuestan entre 10 y 20 centavos por vatio. Los paneles solares ahora cuestan típicamente alrededor de 75 centavos el vatio, y el Departamento de Energía de EE. UU. Dice que 50 centavos por vatio permitirán que la energía solar compita con los combustibles fósiles.
En el pasado, los investigadores solares se han dividido en dos campos en su búsqueda de energía solar más barata. Algunos han buscado células solares que se puedan fabricar a muy bajo costo pero que tienen la desventaja de ser relativamente ineficientes. Últimamente, más investigadores se han centrado en desarrollar células de muy alta eficiencia, incluso si requieren técnicas de fabricación más caras.
El nuevo material puede hacer posible obtener lo mejor de ambos mundos: células solares que son muy eficientes pero también baratas de fabricar.
Uno de los investigadores solares más importantes del mundo, Martin Green de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, dice que el rápido progreso ha sido sorprendente. Las células solares que usan el material se pueden fabricar con tecnología muy simple y potencialmente muy barata, y la eficiencia está aumentando de manera espectacular, dice.
Las perovskitas se conocen desde hace más de un siglo, pero nadie pensó en probarlas en células solares hasta hace relativamente poco tiempo. El material particular que utilizan los investigadores es muy bueno para absorber la luz. Mientras que los paneles solares de silicio convencionales usan materiales que tienen aproximadamente 180 micrómetros de espesor, las nuevas células solares usan menos de un micrómetro de material para capturar la misma cantidad de luz solar. El pigmento es un semiconductor que también es bueno para transportar la carga eléctrica creada cuando la luz lo golpea.
El material es muy barato, dice Michael Grätzel, famoso en la industria solar por inventar un tipo de célula solar que lleva su nombre. Su grupo ha producido las células solares de perovskita más eficientes hasta ahora: convierten el 15 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad, mucho más que otras células solares baratas de fabricar. Según su rendimiento hasta ahora, y sus conocidas propiedades de conversión de luz, los investigadores dicen que su eficiencia podría aumentar fácilmente hasta un 20 a 25 por ciento, lo que es tan bueno como las eficiencias récord (generalmente logradas en los laboratorios) de los tipos más comunes. de las células solares en la actualidad. Las eficiencias de las células solares producidas en masa pueden ser menores. Pero tiene sentido comparar las eficiencias de laboratorio de las células de perovskita con los registros de laboratorio de otros materiales. Grätzel dice que la perovskita en las células solares probablemente resultará ser un material indulgente que conserva altas eficiencias en la producción en masa, ya que los procesos de fabricación son simples.
Las células solares de perovskita se pueden fabricar esparciendo el pigmento en una hoja de vidrio o una lámina de metal, junto con algunas otras capas de material que facilitan el movimiento de los electrones a través de la célula. No se trata exactamente de las células solares en aerosol que algunas personas han imaginado, un ideal de ciencia ficción de convertir instantáneamente cualquier superficie en una que pueda generar electricidad, pero el proceso es tan fácil que se está acercando. Es muy poco probable que alguien pueda comprar una tina de 'pintura solar', pero todas las capas de la célula solar se pueden fabricar tan fácilmente como pintar una superficie, dice Henry Snaith, físico de la Universidad de Oxford, quien , trabajando con investigadores en Asia, ha publicado algunas de las mejores eficiencias para el nuevo tipo de celda solar.
Cuando las perovskitas se probaron por primera vez en células solares en 2009, las eficiencias eran bajas: solo convertían alrededor del 3,5 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad. Las células tampoco duraron mucho, ya que un electrolito líquido disolvió la perovskita. Los investigadores apenas tuvieron tiempo de probarlos antes de que dejaran de funcionar. Pero el año pasado, un par de innovaciones técnicas, formas de reemplazar un electrolito líquido con materiales sólidos, resolvieron esos problemas e iniciaron a los investigadores en una carrera para producir células solares cada vez más eficientes.
Entre 2009 y 2012 solo hubo un artículo. Luego, a fines del verano de 2012, todo comenzó, dice Snaith. Las eficiencias rápidamente se duplicaron y luego volvieron a duplicarse. Y se espera que la eficiencia siga creciendo a medida que los investigadores apliquen técnicas que han demostrado mejorar la eficiencia de otras células solares.
Snaith está trabajando para comercializar la tecnología a través de una startup llamada Oxford Photovoltaics, que ha recaudado 4,4 millones de dólares. Grätzel, cuya tecnología original de células solares se utiliza ahora en productos de consumo como mochilas y fundas para iPad, está licenciando la nueva tecnología a empresas que tienen el objetivo de adquirir paneles solares de silicio convencionales para la producción de energía solar a gran escala.
Como cualquier otro nuevo participante en el mercado altamente competitivo de paneles solares, las perovskitas tendrán dificultades para enfrentarse a las células solares de silicio. Los costos de las células solares de silicio están cayendo, y algunos analistas creen que eventualmente podrían caer tan bajo como 25 centavos por vatio, lo que eliminaría la mayor parte de la ventaja de costos de las perovskitas y disminuiría el incentivo para invertir en la nueva tecnología. Se espera que el proceso de fabricación de las células solares de perovskita, que puede ser tan simple como esparcir un líquido sobre una superficie o puede involucrar la deposición de vapor, otro proceso de fabricación a gran escala, sea fácil. Pero históricamente, ha llevado más de una década ampliar las nuevas tecnologías de células solares, y dentro de una década, las células solares de silicio podrían estar demasiado adelantadas para detectarlas.
Green dice que una oportunidad puede ser usar perovskitas para aumentar en lugar de reemplazar las células solares de silicio. Podría ser posible pintar perovskitas sobre celdas solares de silicio convencionales para mejorar su eficiencia y así reducir el costo total por vatio de las celdas solares. Esta podría ser una forma más fácil de ingresar al mercado solar que intentar introducir un tipo de celda solar completamente nuevo.
Un desafío puede ser el hecho de que el material incluye una pequeña cantidad de plomo, que es tóxico. Se necesitarán pruebas para mostrar qué tan tóxico es como parte del material de perovskita. También se pueden tomar medidas para garantizar que las células solares se recolecten y se reciclen para evitar que los materiales lleguen al medio ambiente, el enfoque que se sigue ahora con las baterías de arranque de plomo-ácido que se usan en los automóviles. También es posible sustituir el plomo en las celdas por estaño o algún otro elemento.