El futuro de la energía solar de la mano de unas celdas fotovoltaicas de perovskita eficientes y seguras
Las celdas fotovoltaicas de perovskita (un cristal constituido por tres componentes) podrían brindar al sector de la energía fotovoltaica el impulso que necesita. La ventaja de las celdas fotovoltaicas de perovskita es que pueden ser semitransparentes, al tiempo que presentan una relación KWh/potencia nominal mucho mayor que las celdas fotovoltaicas de silicio convencionales. El proyecto financiado con fondos europeos GOTSolar desarrolló nuevos compuestos de perovskita más estables y fáciles de preparar que, a la vez, presentan una eficiencia fotovoltaica muy alta. Uno de estos compuestos es el denominado de «catión triple», que ya constituye un estándar en el campo. Otro de los logros del proyecto fue crear un proceso de encapsulación hermética de vidrio asistida por láser a una temperatura de aproximadamente 85 °C. Este invento permite la encapsulación de celdas fotovoltaicas de perovskita muy eficientes sin pérdidas de plomo, lo que las hace más estables y seguras que otras alternativas. Nuevos materiales y procesos GOTSolar empleó una matriz de óxido metálico para fijar la perovskita. Esta mesoestructura favoreció la cristalización de la perovskita para dar lugar a un sistema recolector de luz de alta eficiencia. El montaje se completó con materiales con capacidad de transporte de huecos (HTM, por sus siglas en inglés) en estado sólido y un contraelectrodo. El profesor Adelio Mendes, coordinador del proyecto, explica: «Cuando un semiconductor absorbe luz, un electrón de baja energía salta a un nivel energético superior, dejando un “hueco” en el nivel energético inferior. El electrón excitado puede desplazarse hacia cualquiera de las dos superficies del semiconductor, pero solo puede cruzar la interfaz cuando existe una capa de extracción de electrones en el otro lado, en este caso dióxido de titanio. El “hueco” puede desplazarse hacia cualquier superficie, pero solo puede cruzar la interfaz con un HTM». Se examinaron y midieron las interacciones de la capa de extracción de electrones, la matriz de óxido metálico, el absorbedor de perovskita y la capa de los HTM para identificar las situaciones en las que los electrones y la colección de huecos optimizan favorablemente todo el dispositivo. Este trabajo permitió al equipo aumentar el rendimiento de la conversión de energía fotovoltaica con una eficiencia de hasta el 23,25 % para el dispositivo a escala de laboratorio y producir dispositivos estables durante 500 horas a temperaturas inferiores a 85 °C. También se desarrollaron absorbedores de luz sin plomo en celdas fotovoltaicas a escala de laboratorio, que lograron una eficiencia de conversión de energía del 14 %. Se construyó un prototipo de vidrio encapsulado de 16 cm2 para demostrar la escalabilidad de la producción de los primeros módulos solares de perovskita, con una eficiencia energética del 12,5 % y una vida útil potencial de 20 años. GOTSolar prevé que los primeros paneles con celdas fotovoltaicas de perovskita estén disponibles en el mercado en 2020. Más con menos Los edificios sin conexión a la red constituirán una aplicación clave para la tecnología. Pero para que sea viable, el coste de la propiedad tendrá que ser inferior al de las viviendas convencionales. Esto es obviamente más fácil de conseguir en los países del sur, más soleados. «Para los países del norte y centro de Europa, las nuevas celdas de perovskita y silicio en en tándem serán fundamentales, ya que se espera que tengan una eficiencia de conversión de energía de aproximadamente el 30 %, generando más energía a partir de un área fotovoltaica más pequeña», dice el profesor Mendes. La mayor contribución del proyecto GOTSolar consistió en la reducción de los costes de producción de estas celdas fotovoltaicas a través de la producción local. El equipo continúa estudiando las propiedades fundamentales de las celdas fotovoltaicas de perovskita, desarrollando nuevos compuestos y arquitecturas, así como nuevos HTM y sustratos de vidrio más transparentes y con una mayor conductividad eléctrica. También está buscando nuevas estrategias de fabricación y, al mismo tiempo, está mejorando el proceso de encapsulación hermética de vidrio en aras de desarrollar dispositivos más eficientes, baratos, fuertes y estéticos.
Palabras clave
GOTSolar, energía solar, perovskita, fotovoltaica, encapsulación, óxido metálico, electrón, sol
