Perovskitas: La Revolución Solar
La tecnología solar está experimentando un auténtico boom! Sólo hay que mirar nuestros tejados y aguantar el bombardeo con el que las eléctricas nos quieren vender está solución. La tecnología fotovoltáica no deja de evolucionar y es que es cada vez más obvio que tenemos que utilizar ese gigantesco reactor de fusión a 150 millones km de distancia que irradia nuestro planeta con la misma energía que toda la civilización humana utiliza en un año. Para los del fondo de la clase, ese reactor se llama sol.
Hoy en día, solo el 2% de la electricidad mundial la aporta la energía solar. Los módulos solares de Si son dominante con más de un 90%. El Si es abundante, pero eficiencia es reducida y su producción requiere mucha energía. Quizá esto haga que no sea tan abundante como todo podemos esperar.
El Santo Grial de la Energía Solar: Perovskitas
Las perovskitas son un nuevo tipo de material semiconductor llamado a ser la revolución en cuanto a la forma en la que generamos nuestra energía solar. Estos materiales absorben la luz solar de una manera más efectiva y permiten transportar carga eléctrica de forma muy eficiente.
Tiene una fórmula del tipo ABX3, donde A y B son dos iones cargados positivamente, y X es un ion cargado negativamente. Las Perovskitas existen en la naturaleza, pero los científicos pueden sintetizar una gran cantidad de perovskitas artificiales con propiedades muy variadas e interesantes.
Los módulos solares clásicos se fabrican con una oblea de Si protegida por un cristal. Esto las hace pesadas y rígidas con una eficiencia en torno al 20%. Los módulos basados en perovskitas se pueden fabricar depositando una lámina muy delgada de halogenuros metálicos básicos, PbI2 o sales orgánicas, sobre un sustrato de vidrio o plástico con una eficiencia de en torno al 33%, siendo ligeras y flexibles.
Principales Ventajas de las Perovskitas:
– Utilizan 1000 veces menos material y se producen a temperaturas más bajas
– Pueden ser flexibles y muy ligeras.
– Posibilidad de crear diferentes capas para aprovechar mejor la radiación solar (aumentar la eficiencia)
¿Como funciona una celda de Perovskita?
En las celdas de Si, la magia ocurre en la unión p-n (p-n Junction). ¿Qué es esto?
Los semiconductores se pueden dopar, haciendo que sean donadores o receptores de carga. En las celdas de Si, la parte superior e inferior del semiconductor tienen propiedades eléctricas diferentes (se dopan). La frontera entre ambos materiales es la unión p-n (p-positive, n-negative).
Cuando un fotón de la luz solar incide sobre la celda solar y se absorbe, se crea un electrón libre extra (capa p) y un hueco (capa n) separados por un campo eléctrico. Esto crea una corriente fotovoltáica. Si se conectan unos electrodos en ambos lados de la celda solar, se formar un circuito eléctrico, capaz de producir una corriente. La corriente fluirá mientras el sol brille.
Las celdas de Si absorben una pequeña parte de todo el espectro solar. Esa energía mínima la define su ancho de banda (GAP). La magia de las perovskitas es su capacidad de absorber luz a diferentes colores. Podemos modificar su GAP y hacer que absorban una mayor parte del espectro y por tanto producir más electricidad, ser más eficientes. Si apilamos varias capas de perovskita (Tandem solar cells) podemos diseñar celdas solares con varias uniones p-n, mejorando su eficiencia.
Este tipo de celda, llamadas tandem o multijunction (multiunión), normalmente se fabrican con 2 ó 3 capas. Su eficiencia máxima se aproxima al 40%, aunque en los próximos años tener un rendimiento del 30% de forma estable será todo un éxito.
Las capas de perovskitas se sintetizar con un evaporador térmico ( PVD, CVD) ensamblando varias capas de semiconductores. Los evaporadores parten de un precursor que se funde, evapora, y al contacto con una superficie fría se deposita. Este proceso se repite varias veces creando un conjunto de capas funcionalizadas.
Conclusiones
Las perovskitas son, sin duda, una evolución en la tecnología solar actual. Tienen el potencial de cambiar la forma en que generamos y utilizamos la energía solar. Aunque con desafíos pendiente en cuanto a estabilidad y vida útil, su eficiencia y versatilidad las convierten en el primer candidato para cambiar el paradigma de la energía solar. Gracias a la investigación y el desarrollo de estos materiales en los próximos años podríamos ver un cambio en la industria de la energía solar. Esperemos que así sea.
