El fin de los tejados llenos de paneles: Singapur logra una célula solar casi invisible que genera energía hasta en la sombra

Los cristales de un coche aparcado al sol o las lentes de unas gafas inteligentes pueden ser futuros puntos de recarga de una batería. Y es que la tecnología ya ha llegado a ese punto gracias a los científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur (NTU) quienes acaban de publicar en ACS Energy Letters un nuevo tipo de célula solar transparente y ultradelgada basada en perovskita, un material semiconductor con una versatilidad compositiva que el silicio convencional no puede igualar. 

En corto. El equipo, liderado por la profesora asociada Annalisa Bruno, ha logrado fabricar células de apenas 10 nanómetros de grosor. Para tener una dimensión aún mayor: un cabello humano mide unos 70.000 nanómetros, es decir, si ese cabello fuera la Torre Eiffel, esta película sería una hoja de papel colocada a su lado. 

No obstante, hay un dato del estudio aún más revelador, ya que la rugosidad natural de la superficie sobre la que se deposita la célula —unos 2,8 nanómetros según las mediciones de microscopía del propio paper— representa casi un tercio de su grosor total. 

Pero el hito no está en su forma. El verdadero cambio de paradigma que propone esta tecnología es el fin de la dependencia exclusiva del sol directo. A diferencia de los paneles de silicio convencionales, estos dispositivos de perovskita generan electricidad bajo luz indirecta y en condiciones de luz difusa, lo que los hace especialmente útiles en entornos urbanos de alta densidad donde las fachadas verticales y la nubosidad frecuente limitan la exposición solar directa. 

"Los edificios consumen cerca del 40% de la energía mundial, así que necesitamos urgentemente tecnologías que conviertan sus fachadas en generadores de energía", explica Bruno. Según los cálculos iniciales del equipo, si forráramos con esta tecnología la fachada acristalada de un gran rascacielos (como los del distrito financiero de Marina Bay), podríamos generar teóricamente cientos de megavatios-hora al año. Hablamos de cubrir el consumo anual de unos 100 apartamentos de cuatro habitaciones. Son cifras preliminares, claro, pero el potencial está ahí.

El secreto está en la evaporación. ¿Cómo se logra que una ventana siga pareciendo una ventana mientras genera energía? La respuesta está en que estas células son semitransparentes y de color neutro, sin tinte aparente que delate su presencia. Para fabricarlas, el equipo utilizó un proceso de evaporación térmica en vacío: los materiales base se calientan en una cámara de vacío hasta evaporarse y se depositan sobre una superficie formando una película ultrafina y uniforme. Sin disolventes tóxicos, sin los defectos habituales de los métodos en solución.

Lo que distingue este trabajo de intentos anteriores —y ha habido muchos, el estudio compara sus resultados con décadas de estudios— es que es la primera vez que se fabrican células de perovskita ultradelgadas usando procesos íntegramente en vacío, de principio a fin. Eso no es un detalle menor porque los procesos en vacío son los que ya usa la industria de semiconductores a gran escala, lo que acorta considerablemente el camino hacia la fabricación industrial.

Los datos, pero con matices. Vamos a los números, que es donde esta tecnología realmente saca pecho. En sus versiones completamente opacas, estas láminas logran transformar en energía el 7%, el 11% y el 12% de la luz que reciben, usando grosores mínimos de 10, 30 y 60 nanómetros. ¿Y si queremos que la ventana siga siendo una ventana? El modelo semitransparente de 60 nanómetros permite que pase el 41% de la luz visible y mantiene una eficiencia nada despreciable del 7,6%. Según los investigadores, es de lo mejor que se ha visto hasta la fecha con este tipo de materiales

Pero aquí aparece la tensión real de este tipo de ingeniería: cuanto más transparente, menos eficiente. El estudio identifica la célula de 30 nm como la que mejor equilibra ambas variables —tiene el mayor potencial de eficiencia de utilización de luz combinada—, pero deja pasar menos luz visible que la de 60 nm. No hay solución perfecta; hay un compromiso que cada aplicación tendrá que negociar según sus prioridades.

Pero, ¿y la estabilidad? Aquí es donde cualquier tecnología de perovskita tiene que demostrar su madurez. Los datos del propio estudio muestran que las células de 100 nm aguantan proyectadas unas 15.400 horas antes de degradarse al 80% de su rendimiento inicial. Las de 60 nm, 5.800 horas. Las de 10 nm, 4.100 horas. Son cifras que hablan de laboratorio, no de una ventana expuesta a lluvia, cambios de temperatura y años de uso. 

El profesor Sam Stranks, de la Universidad de Cambridge, lo resume con precisión en un comentario independiente al estudio: el equilibrio entre transparencia y generación es prometedor, pero las próximas pruebas críticas serán la estabilidad a largo plazo, la durabilidad y el rendimiento en superficies grandes.

Los tejados ya están ocupados. La siguiente frontera de la energía solar urbana son los millones de metros cuadrados de cristal que recubren nuestros edificios, coches y dispositivos, superficies que hasta ahora eran pasivas por definición. El avance del equipo de la NTU, ya patentado a través de NTUitive y en conversaciones con empresas para validar el proceso, apunta en esa dirección.

Queda camino por recorrer, sobre todo en durabilidad real. Pero por primera vez, ese camino tiene un método de fabricación compatible con la industria, células que funcionan con una fracción de la luz disponible y un grosor que hace que la palabra "invisible" no sea una metáfora de marketing, sino una descripción técnica bastante ajustada a la realidad.

Imagen | ACS Energy

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