Las perovskitas son el santo grial de las tecnologías fotovoltaicas. Durante la conversación que mantuvimos en enero de 2021 con Ignacio Mártil de la Plaza, que es doctor en Física y catedrático de Electrónica en la Universidad Complutense de Madrid, este experto en tecnologías avanzadas de células solares nos explicó que las perovskitas han recorrido en diez años el mismo camino que el silicio tardó cincuenta años en recorrer.
El material hegemónico con el que trabajan los investigadores en tecnologías fotovoltaicas es el silicio, pero a partir de 2009 este elemento químico se ha visto obligado a ceder una parte de su protagonismo. Ese año se publicó el primer estudio dedicado a una célula solar fabricada con una perovskita, y su eficiencia en ese momento era tan solo del 3,8%. Es una cifra muy baja, y, además, el material se degradaba perceptiblemente en unas pocas horas.
Desde entonces el panorama ha cambiado mucho. Actualmente las células solares que combinan silicio y perovskitas para formar estructuras tándem o multiunión tienen una eficiencia aproximada del 30%. Además, ya no se degradan en horas. Tienen una estabilidad mucho mayor que la que tenían cuando las perovskitas irrumpieron en el ámbito de los paneles fotovoltaicos. Y, de propina, son baratas y fáciles de fabricar. Aun así, todavía queda mucha investigación por hacer.
Algunos metales incrementan en un 250% la eficiencia de las perovskitas
Antes de seguir adelante nos interesa detenernos un momento para repasar qué son las perovskitas y por qué tienen tanto que aportar a las células solares. El término perovskita es una denominación genérica que identifica a una familia de materiales cuya estructura cristalina es parecida a la de un material llamado titanato de calcio. No obstante, lo más importante es que su atractivo procede de unas propiedades que las hacen óptimas desde el punto de vista teórico para convertir la energía solar en energía eléctrica.
Hay una propiedad que tiene que tener un semiconductor para que sea óptimo, al menos en teoría, que se conoce como el gap de energía. Es un concepto que viene de la Física Cuántica e identifica la mínima energía que puede absorber un material. Para que la célula solar que queremos fabricar con ese material sea óptima tiene que estar en el entorno de 1,5 electronvoltios (eV), y hay una familia de materiales perovskita que tiene esa propiedad.
Los elementos químicos con los que podemos fabricar las perovskitas son muy abundantes en la corteza terrestre
Además, esos materiales absorben muy bien la radiación, por lo que hace falta muy poca cantidad para que absorba la radiación del Sol. Otro punto a su favor que no podemos pasar por alto consiste en que los elementos químicos con los que las podemos fabricar son muy abundantes en la corteza terrestre (carbón, nitrógeno, hidrógeno, plomo…). No obstante, y esto juega en su contra, las perovskitas que mejor funcionan son las que tienen plomo, y es un elemento muy contaminante.
Habitualmente cuando se sintetizan el material obtenido se deposita sobre un sustrato de vidrio, pero a un grupo de investigadores de la Universidad de Rochester, en Nueva York (Estados Unidos), liderado por el profesor de Óptica Chunlei Guo se le ha ocurrido probar algo diferente. Y es que en vez de depositar las perovskitas una vez que han sido sintetizadas sobre un sustrato de vidrio las han colocado sobre una estructura de tipo sándwich que combina alternativamente capas de metal y capas de un material dieléctrico.
Un apunte breve: un dieléctrico es un componente con una conductividad eléctrica muy baja, y que, por tanto, se comporta como un aislante. De acuerdo con sus pruebas, el profesor Guo y sus colaboradores han logrado gracias a esta peculiar estrategia incrementar la eficiencia de conversión de energía de las perovskitas en un 250%. Es una auténtica barbaridad. Este parámetro describe, dicho de una forma sencilla, la habilidad con la que el conglomerado de perovskitas, metal y dieléctrico transforma la energía solar en energía eléctrica.
Se está haciendo mucha investigación prometedora con perovskitas en el ámbito de las tecnologías fotovoltaicas, y otros experimentos han arrojado resultados muy interesantes, pero ninguno se acerca al de estos investigadores. En el artículo que han publicado en Nature Photonics explican con detalle las peculiaridades de su experimento. No es imprescindible leerlo para asumir la envergadura de este hallazgo, pero nos interesa no pasar por alto que los metales utilizados por estos investigadores para "dopar" las perovskitas son la plata y el óxido de aluminio. Este último actúa como dieléctrico. Pinta muy bien. Crucemos los dedos para que esta investigación fructifique.
Imagen de portada: Kindel Media
Más información: Nature Photonics
Ver 15 comentarios