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                                                                                   Por: Nicole Carolina Espinel 

La competencia en el mundo energético incrementa tan rápido como las tecnologías y las necesidades de la humanidad por las alternativas sostenibles. En el mercado hay numerosas propuestas, pero actualmente van punteando con ventaja los paneles solares de silicio, con unas eficiencias del 16 % y alrededor de 50 años de investigación y desarrollo. No obstante, en esta carrera se puede divisar a un candidato a nuevo favorito, las celdas de perovskita para paneles solares. Esta alternativa reemplazaría a las celdas de silicio de forma más eficiente, alcanzando alrededor del 23%, superando por casi 5 puntos a las celdas tradicionales.

Pero... ¿Qué es el perovskita?

Este material es un mineral con estructura cristalina y es relativamente raro en la corteza terrestre. Su estructura es ABX3, donde A y B son cationes metálicos de diferente tamaño y X es un ion no metálico, siendo el más común el oxígeno [4]. Su estructura ideal es simétrica con el átomo A central, el B en las esquinas y los átomos X en las aristas del cubo, tal como se describe en la figura.

Figura 1. Representación estructura tipo perovskita. Tomada de Hazen, R. M. 1988. Perovskites. Scientific American.

La gran ventaja de la estructura tipo perovskita es que puede ser recreada en laboratorio con elementos como el bario, cobre, oxigeno, manganeso, carbono entre otros. Donde con la combinación de los metálicos con un no metálico y la estructura tipo perovskita, como se mencionó anteriormente, se forman las llamadas perovskitas hibridas orgánicas- inorgánicas con propiedades como el magnetismo, ferro-electricidad y superconductividad. El tener la posibilidad de ser recreado con materiales y procesos de relativamente bajo costo, le otorga a sus cualidades un valor extra.

Ventajas y desventajas

Como ya se ha visto, el perovskita es un material altamente competitivo, que abriría las puertas a un nuevo horizonte donde se divisa la mayor eficiencia energética con el menor costo de producción, permitiendo que las energías sustentables estén al alcance de todos. Otro punto positivo, que va más allá de sus costos, es la coherencia del material con su propósito, pues los procesos de producción resultan ser poco contaminantes, convirtiéndolo en una materia prima ideal para los procesos sustentables. Finalmente, resulta muy versátil, pues surge de composiciones químicas diferentes, lo que permite tener una gama más amplia de prueba para obtener las combinaciones más eficientes.

Desafortunadamente el material perfecto aún no existe, y este compuesto presenta grandes desventajas que le impiden posicionarse en una escala más alta frente a sus competidores. Uno de estos inconvenientes es su vida útil, pues pese a ser muy competitivo en términos de eficiencia, se deteriora rápido, y más aún en contacto con el ambiente; su desgaste es alto en un tiempo relativamente corto frente a otros materiales.

Su mayor competidor: El silicio

A lo largo de esta redacción ha sido imposible no mencionar al rival más fuerte, por el momento, el silicio. Es el segundo material más abundante sobre la tierra, pero rara vez se muestra en su estado puro, por lo que se debe hacer una serie de procesos para su obtención. Los procesos de extracción y purificación suelen volver a este material en una inversión un poco costosa, pero de muy buena calidad, tal que, podría considerarse el material más requerido en la industria electrónica incluso llegando a ser llamado por algunos “el semiconductor por excelencia”. Actualmente suele usarse en el campo energético para la construcción de celdas fotovoltaicas con eficiencias alrededor del 16%, sin embargo, como pasa con todos los semiconductores tienen un “limite” para absorber la energía, llamada banda prohibida, y lo que reciben de energía por encima de este límite se podría decir que es “mal absorbida” provocando algunos efectos no deseados sobre la celda. Este concepto se explica mejor en la siguiente figura:

Figura 2. Diagrama Absorción de energía por las células solares de silicio. Tomada de BBVA Open Mind

Hay algunas formas de ampliar el límite de este espectro para obtener un mayor rendimiento de absorción, como las celdas multiunión, sin embargo, sus costos se incrementan considerablemente; tanto que actualmente tienen un reducido uso, siendo uno de ellos en la industria aeroespacial que utiliza esta forma de celdas para los paneles de los Roberts y la estación internacional espacial.

Con esta pequeña descripción del silicio entendemos por qué los bajos costos del perovskita son tan atractivos, pues el silicio, si bien ha sido la alternativa más funcional hasta el momento. Encontrar un reemplazo que haga lo mismo por menos precio, o mejor que haga más por menos es un hallazgo maravilloso.

Proyecciones a futuro del perovskita

La historia de este material es tan interesante como su funcionalidad, pues explicada brevemente ha sido una de las tecnologías que mayor avance ha tenido en pocos años. En 2009 se conocieron por primera vez investigaciones que anunciaban una baja eficiencia (3.8%), en 2012 se incrementó a un 10%. Un aumento así en un periodo de tiempo corto despertó el interés de los científicos e inversionistas que no se equivocaron al seguir trabajando con este compuesto, pues en 2014 estableció un récord del 20% de eficiencia incrementando estudio tras estudio hasta llegar al récord actual de 25,6%. Es por esto que la investigación en este marial promete, ya que los esfuerzos en investigación y mejora del material se han visto reflejados en el avance de esta tecnología, lo que indica un buen pronóstico para futuras investigaciones.

Figura 3. Avance de la eficiencia del perovskita comparado con otras tecnologías emergentes. Tomada de BBVA Open Mind

Actualmente se busca mejorar su problema principal de desgaste, se está analizando el incrustar estabilizadores y materiales que la protejan, sin embargo, estas investigaciones avanzan un poco lento. El principal proyecto ahora se centra en juntar el perovskita y el silicio para usar paneles conjuntos que puedan alcanzar una mayor eficiencia sin perder calidad ni vida útil

En conclusión, el perfeccionamiento de este material puede ser uno de los hallazgos más importantes para la industria, pues le daría un enfoque más accesible a la energía solar, abriendo una ventana de posibilidades alcanzables y sostenibles, pero, mejor aún, la riqueza de este material no se queda solo en él, sino en la posibilidad de ser combinado con el silicio convirtiéndolos de rivales a complementos que pueden brindar una mayor eficiencia con menor costo y riesgo de desgaste.

Sin dudarlo el descubrimiento e investigación del perovskita es asombrosa y nos deja muy expectantes a su avance y uso competitivo, pues de salir de la forma adecuada podría revolucionar la sostenibilidad energética, que justamente es donde deben estar enfocados los esfuerzos del hombre para construir un futuro digno, limpio y amigable.

Referencias

Berry, J. (1970, enero 1). El reto de la perovskita para adaptarse al mundo y revolucionar la energía solar. MIT Technology Review. https://www.technologyreview.es//s/14239/el-reto-de-la-perovskita-para-adaptarse-al-mundo-y-revolucionar-la-energia-solar

Cómo se produce la Perovskita. (2020, mayo 27). Ingenieriaquimica.net. https://www.ingenieriaquimica.net/articulos/454-como-se-produce-la-perovskita

de la Plaza, I. M. (2022, octubre 26). Células solares de perovskita, una fulgurante historia de éxitos. OpenMind. https://www.bbvaopenmind.com/tecnologia/innovacion/celulas-solares-de-perovskita-historia-de-exitos/

Equipo Grupo Sinelec. (2018, febrero 22). ¿Qué es la perovskita? Gruposinelec.com. https://blog.gruposinelec.com/actualidad/que-es-la-perovskita/

Hazen, R. M. (1988). Perovskites. Scientific American, 258(6), 74–81. http://www.jstor.org/stable/24989124

Zhao, X., & Park, N.-G. (2015). Stability Issues on Perovskite Solar Cells. Photonics, 2(4), 1139–1151. MDPI AG. Retrieved from http://dx.doi.org/10.3390/photonics2041139