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Perovskitas: un nuevo miembro en la familia de las láminas delgadas fotovoltaicas

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La energía solar fotovoltaica (PV) es ideal para la generación de energía neutra en emisiones de carbono. El silicio cristalino es el rey del mercado, pero requiere una enorme cantidad de materiales (de grosor milimétrico) con una elevada pureza, mientras que la tecnología de láminas delgadas fotovoltaicas utiliza materiales con un espesor de micrones frente a las celdas solares nanoestructuradas, que emplean materiales de grosor nanométrico.

Las perovskitas se consideran un material maravilla que ha revolucionado el campo fotovoltaico. El nombre “perovskita” se puso en honor del mineralogista ruso L. A. Perovski y fue identificada por primera vez por Gustav Rose en 1839. Los compuestos que tienen estructuras cristalinas similares como el CaTiO3 se reconocen como perovskitas y se representan como AMX3, donde M es el metal de transición y X es un óxido o anión haluro, etc.

Perovskitas

En el laboratorio se han logrado eficiencias de conversión de luz solar a electricidad mayores de un 18% para un tipo concreto de celdas basadas en perovskitas (yoduro de plomo metilamonio), todo ello en un brevísimo plazo de dos años, por lo que resultan muy competitivas con respecto a las celdas solares de silicio, que, tras seis décadas de investigación, solamente han llegado a alcanzar eficiencias que oscilan entre el 20 y el 25%. El uso de la perovskita como pigmento semiconductor para la fabricación de dispositivos fotovoltaicos se ha expandido a un ritmo galopante debido a su capacidad de absorción de la luz pancromática. Al absorber la luz, la perovskita toma un electrón, creando una vacante con carga positiva. Los electrones viajan entonces al ánodo mientras que las vacantes van al cátodo pasando a través de los contactos selectivos de los electrones y vacantes, respectivamente.

La CNN considera a las celdas solares de perovskita como una de las cinco ideas que pueden cambiar el campo de la energía solar.

Aún queda mucho por mejorar en estos dispositivos para lograr eficiencias que superen el 20%. Las celdas solares de perovskita se pueden combinar con las tecnologías existentes (silicio y de película delgada) para una fabricación de dispositivos en tándem que las haga más eficientes. Recientemente la CNN ha hablado de este material como una de las cinco ideas que pueden cambiar el campo de la energía solar.

Un día las celdas solares basadas en perovskita competirán con las tecnologías existentes de láminas delgadas fotovoltaicas.

El uso del plomo (Pb) puede suponer cierta pega técnica, pero la cantidad de Pb ene estos dispositivos es muy inferior a la que existe en otros usos como, por ejemplo, los deshechos generados en el proceso de producción de la plata, en las baterías de los coches y en la emisión de Pb a partir de la combustión de carbón. En cualquier caso, para hacer las celdas solares de perovskita más aceptables es primordial encontrar perovskitas con pigmentos alternativos al actual yoduro de plomo metilamonio (CH3NH3PbI3). Para ello, es necesario que los científicos y tecnólogos de la industria investiguen en otros pigmentos semiconductores híbridos que tengan la capacidad requerida. Otra barrera a superar es la actual sensibilidad de las perovskitas a la humedad que hace que se degraden muy rápido. Estas cuestiones se están investigado en la actualidad y nos permiten especular, sin pecar de exagerados, que un día las celdas solares basadas en perovskitas competirán con las tecnologías de láminas delgadas fotovoltaicas.

Shahzada Ahmad, Investigador senior de Abengoa Research.

Shahzada Ahmad,
Investigador senior de Abengoa Research.

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