Los descubrimientos de materiales señalan un futuro brillante para las celdas fotovoltaicas
Las perovskitas de haluro son una clase de material semiconductor, que, al utilizarse en una celda fotovoltaica, puede convertir la luz solar en electricidad (y esta en luz visible en los ledes). Si bien el material se conoce desde hace varias décadas, su enorme potencial para las celdas fotovoltaicas no se ha descubierto hasta hace poco. «En comparación con un material semiconductor estándar como el silicio, las perovskitas de haluro presentan varias ventajas», explica Henk Bolink, catedrático del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia. «Pueden formarse perovskitas de alta calidad mediante procesos químicos extremadamente simples. A continuación, puede hacerse que el material abarque todo el rango visible, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, lo cual abre toda una gama de posibles aplicaciones, como celdas fotovoltaicas y ledes blancos». Sin embargo, un problema fundamental para la comercialización de este material ha sido su viabilidad económica. Los dispositivos fotovoltaicos a gran escala necesitan una vida útil de al menos diez años, mientras que los ledes de última generación funcionan durante miles de horas. «Es necesario mejorar la estabilidad de los ledes y celdas fotovoltaicas a base de perovskita», afirma Bolink. Un segundo problema es que todos los ledes y células fotovoltaicas con perovskita de haluro de alta eficiencia contienen pequeñas cantidades de plomo tóxico. Las perovskitas sin plomo eliminarían la necesidad de contención y reciclaje. Lograr un procesamiento sin disolventes convertiría la perovskita en una propuesta aún más atractiva.
Alternativas de baja toxicidad
En enero de 2018, se puso en marcha el proyecto PerovSAMs para explorar materiales de baja toxicidad alternativos a las perovskitas de haluro con plomo y desarrollar métodos de producción sin disolventes. En esta investigación participó Francisco Palazón, beneficiario de una beca individual de investigación del programa Acciones Marie Skłodowska-Curie. Bolink afirma: «A veces las ideas más simples son las mejores. Antes de empezar, no pensábamos que moler sustancias químicas juntas pudiera dar lugar a la formación de tantos materiales interesantes. Sin embargo, empezamos a ver un gran potencial en esta técnica». El equipo del proyecto exploró diferentes composiciones químicas. «La intención de sustituir el plomo por metales más respetuosos con el medio ambiente nos llevó a materiales más “exóticos”, como los haluros de cobre ternario», añade Bolink. Un reto crucial fue convertir materiales en polvo en películas finas (como se encuentran en dispositivos tales como las células fotovoltaicas). Se desarrolló una técnica para calentar el polvo en una cámara de vacío, con el fin de condensar los materiales en el sustrato deseado. «Sorprendentemente, también hallamos que las pastillas de energía de alta calidad —las cuales podrían ser de interés en detectores de rayos X— podían prepararse simplemente compactando los polvos», explica Bolink.
Potencial para la industria
El éxito del proyecto PerovSAMs en cuanto al desarrollo de un proceso de producción basado en el vacío, así como en la producción de haluros de cobre de baja toxicidad con luminiscencia azul brillante, se ha publicado en varias revistas académicas. Bolink señala: «La tecnología desarrollada en este proyecto tiene un alto potencial de ser traspasada al sector. Estamos optimizando los procesos para poder ampliar la producción». Este proyecto también ha dado inicio a una nueva línea de investigación sobre las perovskitas de haluro y la optoelectrónica relacionada. Bolink indica: «Esperamos que las técnicas que aplicamos se adopten de modo cada vez más general. Así se contribuirá al descubrimiento de nuevos materiales y a su uso en la energía fotovoltaica y otras aplicaciones». El rápido desarrollo de las composiciones de perovskita es uno de los puntos de partida del proyecto HELD, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, del cual Bolink es el investigador principal. El proyecto, iniciado en septiembre de 2019, aspira a desarrollar compuestos multicapa de alta luminiscencia y métodos de producción reproducibles. «Seguiremos trabajando en los métodos pioneros de PerovSAMs para convertir los polvos en películas finas homogéneas», concluye.
Palabras clave
PerovSAMs, perovskitas de haluro, solar, led, fotovoltaico, tóxico, luminiscente, optoelectrónica, sin disolventes, químico
