El silicio es el material más utilizado en las tecnologías de células fotovoltaicas. Sin embargo, no es el único capaz de transformar la luz solar en electricidad. Un equipo de investigadores de la Universidad de Princeton reveló el 16 de junio en un artículo en la revista Ciencias que un mineral, la perovskita, podría usarse para diseñar materiales fotovoltaicos. Son menos costosos, pero se deterioran más rápido. Los investigadores han conseguido ralentizar su tasa de degradación para convertirlos en una alternativa interesante en la fabricación de paneles solares.
Las perovskitas tienen una vida útil más corta que el silicio.
Existe una gran variedad de perovskitas que podrían sustituir al silicio en el diseño de células fotovoltaicas. Son menos costosos y más sencillos de procesar, pero hasta ahora su durabilidad era muy corta cuando se exponían a la luz solar. Los investigadores de Princeton lograron hacerlos más estables a través de varios experimentos. El objetivo es darles una vida útil similar a la del silicio manteniendo la eficiencia de los paneles solares.
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Para su uso en células fotovoltaicas, las perovskitas se cristalizan. Se combinan con compuestos químicos o varios elementos para tomar esta forma. El plomo es el elemento más utilizado para cristalizar perovskitas. El proceso de cristalización se realiza por precipitación química, es decir, los materiales se combinan en forma de solución líquida. Un método que se puede llevar a cabo de manera fácil y económica.
El principio de las células fotovoltaicas se basa en la conversión de fotones presentes en la luz solar en carga eléctrica. Las perovskitas actualmente convierten el 17% de los fotones frente al 22% del silicio. Sin embargo, existe una amplia variedad de perovskitas, incluidas algunas que pueden tener una eficiencia similar a la del silicio.
La perovskita en bruto a menudo adquiere la apariencia de un pequeño bloque con apariencia metálica. Fotografía: Wikimedia/Leon Hupperichs.
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En un año de uso, las perovskitas pierden una parte importante de su rendimiento. Esta realidad proviene de la naturaleza misma del cristal, cuyos átomos son expulsados de él al exponerse a la luz. Los investigadores diseñaron un “tapón” que evita que los átomos se separen y, por lo tanto, debiliten el cristal. El casquete está formado por los mismos átomos que el cristal, lo que bloquea su expulsión. Todavía debe mantener un espesor de 20 nanómetros para permitir el paso de cargas eléctricas a la capa de la celda fotovoltaica que crea la corriente.
Para probar la vida útil de las perovskitas, los científicos de Princeton observaron el deterioro durante un corto período de tiempo y lo extrapolaron utilizando una fórmula. Así, sus cálculos determinaron el momento en que el panel solar solo funciona al 80% de su capacidad máxima, denominado T80.
El T80 se alcanzaría luego de 2100 horas de uso continuo del panel solar, expuesto a una temperatura extrema de 110°C. De hecho, la temperatura media de exposición es de 35°C, lo que correspondería a una vida útil de cinco años. Si se tiene en cuenta el clima frío y nublado, la longevidad del panel se puede duplicar. Esto significa que las regiones expuestas a las inclemencias del tiempo podrían preferir el uso de perovskitas en aras de la rentabilidad.
Este avance tecnológico haría menos costoso el diseño de paneles solares, pero Ars-Technica especifica que su eficiencia es menor si comparamos los paneles individualmente. El bajo costo de producción de los cristales de perovskita sigue siendo un argumento competitivo. También existe una gran variedad de perovskitas que aún no han sido descubiertas y cuyo rendimiento puede ser más importante que el del silicio. Las perovskitas también se pueden usar para fabricar lámparas LED de bajo consumo, según se informó a principios de junio. Confía en mi ciencia.
Aunque el silicio es uno de los elementos más abundantes en la Tierra, se utiliza en muchos sectores, incluido el diseño de semiconductores. En octubre de 2021, su precio había aumentado un 300% debido a la escasez. El descubrimiento de las perovskitas como alternativa a los paneles fotovoltaicos representa un gran avance en el desarrollo de las energías renovables.
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