El mayor problema de los paneles solares de perovskita era su durabilidad. China acaba de resolverlo
La Universidad de Pekín acaba de presentar el avance más contundente de las células de perovskita en términos de durabilidad, hasta ahora el mayor punto débil de la tecnología que promete conquistar los paneles solares.
La noticia. Un equipo de investigadores ha diseñado una célula de perovskita con una eficiencia del 24%, similar a la de los mejores paneles solares de silicio, que mantiene un 99% de su rendimiento después de 1.100 horas de operación a temperaturas extremas.
El contexto. Las células de perovskita son la tecnología más prometedora para generar energía solar a bajo coste. Las perovskitas tienen una estructura cristalina que absorbe la luz solar de una manera muy eficiente, pero a diferencia de las células de silicio, pueden fabricarse mediante procesos sencillos, con materiales más económicos, y en películas flexibles.
Ya existen paneles solares comerciales de perovskita y se han empezado a instalar a gran escala, especialmente en terrenos complicados de China, pero su menor estabilidad y durabilidad les impide competir con el silicio en otro tipo de instalaciones, incluso cuando se fabrican en tándem con el semiconductor para mejorar su rendimiento.
El problema. Uno de los componentes clave de las células de perovskita, el yoduro de formamidinio y plomo (FAPbI₃), es difícil de estabilizar a temperatura ambiente y tiende a degradarse cuando queda expuesto a la luz solar durante largos periodos. Lo cual, para un panel solar, es… inoportuno.
La degradación del FAPbI₃ hace que las células solares de perovskita pierdan eficiencia rápidamente (conviertan menos cantidad de luz en electricidad) y no sean viables para competir con los paneles de silicio, que duran 30 años.
La solución. Para superar este obstáculo, un laboratorio de la Universidad de Pekín ha inventado una nueva técnica de «intercalación-decalación» de yodo, que consiste en insertar átomos de yodo en la estructura del FAPbI₃ para ayudar a organizar mejor sus componentes, y luego eliminar el yodo sobrante durante el proceso de calentamiento.
La clave es facilitar la formación de bloques de plomo y yodo, cuyos átomos se unen compartiendo esquinas en la estructura de la perovskita. Al favorecer esta configuración, se reduce la movilidad de los iones que, de otro modo, contribuirían a la degradación del material con el tiempo. El yodo actúa como un estabilizador que mejora la cohesión interna de la célula.
Los resultados. Este método permitió a los investigadores obtener una película de perovskita de alta calidad, sin residuos que puedan comprometer su rendimiento. Las células que desarrollaron tienen una eficiencia de conversión de energía del 24%: casi una cuarta parte de la energía solar que incide sobre ellas se transforma en electricidad.
Pero lo más importante es que mantuvieron el 99% de su rendimiento inicial tras operar durante más de 1.100 horas a unos 85 °C, lo cual es un indicativo muy alentador de su durabilidad y potencial uso a largo plazo.
En cuanto al plomo. El plomo preocupa por su toxicidad, pero hoy por hoy es un componente esencial en la fórmula de la perovskita: contribuye significativamente a su capacidad de absorber la luz y convertirla en electricidad, por lo que las células comercialmente viables contienen plomo. Sin embargo, también se están investigando soluciones para eliminarlo.
Adiós a los defectos. Además del que nos ocupa, otros laboratorios están explorado soluciones complementarias para eliminar defectos, como la integración de capas de disulfuro de molibdeno (MoS₂) en la estructura de las células, que actúan como barreras físicas y químicas, bloqueando la migración de esos iones defectuosos que pueden deteriorar el rendimiento.
Tanto la técnica del yodo como la del MoS₂ apuntan a lo mismo: lograr una perovskita pura y estable que pueda funcionar de forma óptima y duradera. Y convertir la «gran promesa» de los paneles solares en una realidad comercial.
Imagen | Huansun
