El perovskita es una clase de materiales que comparten una estructura similar, que muestran una miríada de propiedades emocionantes como la superconductividad, la magnetorresistencia y más.
Estos materiales fácilmente sintetizables se consideran el futuro de las células solares, ya que su estructura distintiva las hace perfectas para permitir una energía fotovoltaica eficiente y de bajo costo. También se prevé que desempeñen un papel en las baterías, sensores, láseres y mucho más de los vehículos eléctricos de próxima generación.
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¿Cómo se ve el mercado fotovoltaico hoy en día?
En general, las tecnologías fotovoltaicas (PV) se pueden ver divididas en dos categorías principales: PV basadas en obleas (también llamadas PV de 1ª generación) y PV de células de película delgada. Las células tradicionales de silicio cristalino (c-Si) (tanto silicio monocristalino como silicio multicristalino) y células de arseniuro de galio (GaAs) pertenecen a las PV basadas en obleas, con células c-Si dominando el mercado fotovoltaico actual (aproximadamente el 90% de la cuota de mercado) y GaAs exhibiendo la mayor eficiencia.
Las células de película delgada normalmente absorben la luz de manera más eficiente que el silicio, lo que permite el uso de películas extremadamente delgadas. La tecnología de teluro de cadmio (CdTe) se ha comercializado con éxito, con más del 20% de eficiencia celular y un registro de eficiencia de módulo del 17,5% y dichas células actualmente poseen alrededor del 5% del mercado total.
Otras tecnologías comerciales de película delgada incluyen células de silicio amorfo hidrogenado (a-Si: H) y cobre indio galio (di)seleniuro (CIGS), que tienen aproximadamente un 2% de participación de mercado cada una en la actualidad. La tecnología de sulfuro de cobre y zinc y estaño ha estado bajo I + D durante años y probablemente requerirá algún tiempo hasta la comercialización real.
¿Qué es una célula solar de perovskita?
Se está formando una clase fotovoltaica de película delgada emergente, también llamada PV de 3ª generación, que se refiere a las PV que utilizan tecnologías que tienen el potencial de superar los límites actuales de eficiencia y rendimiento o se basan en materiales novedosos. Esta 3ª generación de PV incluye DSSC, fotovoltaica orgánica (OPV), pv de punto cuántico (QD) y fotovoltaica de perovskita.
Una célula solar de perovskita es una especie de célula solar que incluye algún compuesto estructurado de perovskita, más comúnmente un material híbrido orgánico-inorgánico de plomo o un material a base de haluro de estaño, como la capa activa de recolección de luz.
Los materiales de perovskita como los haluros de plomo de metilamonio son bastante baratos de producir y no muy dificil de fabricar. Los perovskitas poseen propiedades intrínsecas como un amplio espectro de absorción, separación de carga rápida, larga distancia de transporte de electrones y agujeros, larga vida útil de separación de portadores y más, que las convierten en materiales muy prometedores para las células solares de estado sólido.
Las células solares de perovskita son, sin duda, la estrella en ascenso en el campo de la fotovoltaica. Están causando entusiasmo dentro de la industria de la energía solar con su capacidad para absorber la luz en casi todas las longitudes de onda visibles, eficiencias excepcionales de conversión de energía que ya superan el 20% en el laboratorio y relativa facilidad de fabricación.
Las células solares de perovskita aún se enfrentan a varios desafíos, pero se pone mucho trabajo en enfrentarlas y algunas empresas, ya están hablando de comercializarlas en un futuro próximo.
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¿Cuáles son las ventajas de las células solares de perovskita?
En otras palabras, las células solares de perovskita tienen como único objetivo aumentar todo lo posible la eficiencia y reducir el costo de la energía solar. De hecho, los CV de perovskita son prometedores para altas eficiencias, así como para un bajo potencial de material y costos de procesamiento reducidos.
Una gran ventaja que tienen los CV de perovskita sobre la tecnología solar convencional es que pueden reaccionar a varias longitudes de onda diferentes de luz, lo que les permite convertir más de la luz solar que les llega en electricidad.
Además, ofrecen flexibilidad, semi transparencia, factores de forma personalizados, peso ligero y más. Naturalmente, los diseñadores e investigadores de electrónica están seguros de que tales características abrirán muchas más aplicaciones para las células solares.
¿Qué está frenando a los CV de perovskita?
A pesar de su gran potencial, la tecnología de células solares de perovskita aún se encuentra en las primeras etapas de comercialización en comparación con otras tecnologías solares maduras, ya que quedan una serie de preocupaciones pendientes.
Un problema es su costo general (por varias razones, principalmente porque actualmente el material de electrodo más común en las células solares de perovskita es el oro), y otro es que las células solares de perovskita de bajo coste normalmente tienen una vida útil bastante corta.
Los CV de perovskita también se deterioran rápidamente en presencia de humedad y los productos de descomposición atacan los electrodos metálicos. La encapsulación pesada para proteger el perovskita puede aumentar el costo y el peso de la célula.
La ampliación es otro problema: se han logrado altas calificaciones de eficiencia informadas utilizando células pequeñas, lo cual es ideal para pruebas de laboratorio, pero demasiado pequeño para ser utilizado en un panel solar real.
Un problema importante es la toxicidad: una sustancia llamada PbI es uno de los productos de descomposición de la perovskita. Se sabe que esto es tóxico y existe la preocupación de que pueda ser cancerígeno (aunque este es un punto aún no probado).
Además, muchas células de perovskita utilizan plomo, un contaminante masivo. Los investigadores están constantemente buscando sustituciones, y ya han hecho células de trabajo usando estaño en su lugar. (con una eficiencia de solo el 6%, pero seguramente seguirán mejoras).
¿Qué sigue?
Haritz Perez, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
Si bien existen grandes desafíos, las células solares de perovskita todavía se promocionan como la tecnología fotovoltaica del futuro, y se realiza mucho trabajo de desarrollo e investigación para hacer de esto una realidad.
Los científicos y las empresas están trabajando para aumentar la eficiencia y la estabilidad, prolongar la vida útil y reemplazar los materiales tóxicos por otros más seguros. Los investigadores también están estudiando los beneficios de combinar perovskitas con otras tecnologías, como el silicio, por ejemplo, para crear lo que se conoce como “células en tándem”.
Actividad comercial en el campo de la perovskita fotovoltaico
En septiembre de 2015, el desarrollador de células solares orgánicas fotovoltaicas y de perovskita (PSC) con sede en Australia, Dyesol, declaró un gran avance en la estabilidad del perovskita para aplicaciones solares.
Dyesol afirma haber hecho un avance significativo en las pequeñas células solares de perovskita, con “números significativos” de células de tiras eficientes del 10% que exhiben menos del 10% de degradación relativa cuando se exponen a un remojo de luz continua durante más de 1000 horas.
Dyesol también recibió una subvención de $ 0.5 millones de la Agencia Australiana de Energía Renovable (ARENA) para comercializar una célula solar de perovskita innovadora y de muy alta eficiencia.
También en 2015, Saule Technologies firmó un acuerdo de inversión con Hideo Sawada, una compañía de inversión japonesa. Saule tiene como objetivo combinar células solares de perovskita con otros productos actualmente disponibles, y este acuerdo de inversión se produjo solo un año después del lanzamiento de la compañía.
En octubre de 2020, Saule lanzó láminas equipadas con células solares de perovskita.
Está previsto que el producto se comercializó pronto en toda Europa y potencialmente se globalizó después de eso.
En agosto de 2020, informes de China sugirieron que una línea de producción de células fotovoltaicas de perovskita ha entrado en producción en Quzhou, provincia oriental china de Zhejiang. Según los informes, la fábrica de 40 hectáreas fue financiada por Microquanta Semiconductor y se espera que produzca más de 200,000 metros cuadrados de vidrio fotovoltaico antes de fines de 2020.
En septiembre de 2020, el profesor Henry Snaith de Oxford PV declaró que las células solares a base de perovskita de la compañía están programadas para salir a la venta el próximo año, probablemente a mediados de 2021. Estas serán células solares de perovskita integradas con células solares de silicio estándar.