Célula solar de perovskita y alternativas

Qué son las células solares de perovskita

Las células solares de perovskita se basan en una clase única de materiales que comparten el nombre de la estructura cristalina del material. Su fórmula química confiere a la perovskita unas propiedades únicas de absorción de la luz. La estructura no es complicada y se presta a métodos de bajo coste para convertirla en células solares operativas. En laboratorio, estas células han alcanzado tasas de conversión de energía notables. Según los científicos, la estructura de perovskita ayuda a absorber una amplia gama de longitudes de onda de la luz solar. Esto, a su vez, es uno de los factores clave para captar más energía solar.

Estas células han llamado la atención porque pueden prepararse con un proceso de disolución. Esto significa que en la producción se necesitan máquinas más pequeñas y menos energía. El proceso de producción tiene similitudes conceptuales con las técnicas de impresión utilizadas en otras industrias. El proceso puede realizarse rápidamente en un entorno controlado. La técnica utiliza materiales baratos. Sin embargo, en comparación con los paneles de silicio, el método de la perovskita aún está madurando. Se está investigando para resolver problemas como la degradación medioambiental y la durabilidad a largo plazo.

En comparación con las opciones tradicionales, las células solares de perovskita tienen un coste de fabricación mucho menor. Incluso en sus inicios, las eficiencias obtenidas se acercan a las observadas en las células solares de silicio. Esto ha despertado el interés de muchos ingenieros e investigadores. Numerosos estudios de casos han demostrado la viabilidad de utilizar materiales de perovskita junto con la tecnología existente. Las primeras pruebas de campo realizadas en climas templados resultaron prometedoras.

Comparación con las células solares de silicio

Las células solares de silicio han sido durante mucho tiempo la columna vertebral de la producción de energía solar. Tienen un historial de rendimiento constante y fiabilidad a largo plazo. A continuación se indican algunas diferencias clave:

- Eficiencia: En condiciones ideales de laboratorio, las células solares de perovskita igualan o incluso superan el rendimiento de las células solares de silicio. Los científicos han notificado índices de eficiencia superiores al 25% en determinados experimentos. Estas cifras son alentadoras para la próxima fase de desarrollo de las células solares.

- Costes de fabricación: En términos de coste, la ventaja aparente la tienen las células solares de perovskita. La posibilidad de imprimir o recubrir estas células con equipos sencillos sugiere unos gastos de instalación y producción más bajos. Los paneles basados en silicio tienen unos requisitos energéticos elevados y unas instalaciones caras para su producción.

- Estabilidad: Los paneles de silicio llevan décadas en el mercado. Su rendimiento a largo plazo ha quedado demostrado en una amplia variedad de condiciones ambientales. En cambio, las células solares de perovskita siguen siendo sensibles a la humedad y a la iluminación prolongada. Esta sensibilidad ambiental mucho mayor reduce los usos actuales de las células solares de perovskita en exteriores. Varios investigadores están trabajando en el encapsulamiento y las modificaciones químicas como soluciones a estos defectos.

- Material y escalabilidad: La industria del silicio se ha perfeccionado a lo largo de los años con enormes cadenas de suministro. El silicio está ampliamente disponible y se conoce bien. Sin embargo, los materiales de perovskita aún están en fase de prueba para su producción a gran escala. Se necesitan más avances en el control de procesos, la consistencia de la calidad y la mejora de la durabilidad para poder ampliar la producción.

La promesa general de alta eficiencia, junto con los bajos costes de las células solares de perovskita, hace que esta tecnología sea bastante interesante. Sin embargo, su despliegue práctico debe equipararse a la estabilidad y robustez de los materiales de las soluciones de silicio. Los ingenieros esperan con impaciencia el día en que las células de perovskita puedan utilizarse con confianza en todos los tejados y huertos solares.

Comparación con las células solares de capa fina

Otra alternativa son las células solares de capa fina, que ya se han utilizado en numerosas aplicaciones. Lo más importante es que son fáciles de instalar y tienen aplicaciones flexibles. Comparemos ahora las células solares de perovskita con ellas:

- Materiales utilizados: Normalmente, las células solares de película fina se fabrican con telururo de cadmio o seleniuro de cobre, indio y galio. Estos materiales deben manipularse de forma controlada. En cambio, las células de perovskita utilizan precursores químicos muy sencillos y disponibles en el mercado. Esta sencillez puede traducirse en menores costes de producción cuando se fabrican en masa.

- Eficacia: Esto suele quedar patente en diversas pruebas en las que las células solares de capa fina tienden a mostrar una menor eficiencia en comparación con las células solares de perovskita. Aunque no capturan la luz solar con tanta eficacia como las perovskitas, su rendimiento se mantiene estable durante largos periodos. Los ingenieros han observado que, en ocasiones, las células de perovskita pueden superar a las de capa fina en eficiencia de conversión de energía, especialmente en condiciones de laboratorio. Esto puede ser un indicio de que las perovskitas tienen ventaja si se mitigan los problemas relacionados con la estabilidad.

- Fabricación: Las técnicas de fabricación de las células de capa fina están consolidadas. Se han perfeccionado durante muchos años y pueden optimizarse para la producción a gran escala. La fabricación de perovskitas todavía se está perfeccionando. El escalado a niveles industriales sigue siendo un área activa de investigación. Es necesario optimizar los procesos y mejorar las técnicas de producción para que puedan competir con los métodos de capa fina ya establecidos.

Aunque la eficiencia de las células solares de capa fina es menor, su robustez y sus métodos de producción maduros las hacen más atractivas. Por otro lado, la célula de perovskita ofrece una visión tentadora de un futuro en el que la alta eficiencia y el bajo coste de producción irán de la mano. En la actualidad, los ingenieros e investigadores también discuten qué tecnología será la adecuada para cada aplicación. Por ejemplo, los dispositivos flexibles pueden requerir la tecnología de capa fina, mientras que para los tejados de las casas particulares del futuro, los paneles de perovskita pueden ofrecer ventajas.

Células solares orgánicas: Una comparación

Las células solares orgánicas pertenecen a otro campo de los materiales absorbentes de luz. Emplean polímeros orgánicos y pequeñas moléculas en la captación de la luz solar. Algunos puntos las comparan con las células de perovskita:

- Eficiencia: Las células de perovskita son, en general, más eficientes que las células solares orgánicas. Los datos de laboratorio demuestran que los dispositivos de perovskita superan a las células orgánicas a la hora de convertir rápidamente la luz solar en electricidad. Incluso cuando el diseño creativo resulta prometedor para las células orgánicas, su eficiencia absoluta está limitada por las propiedades intrínsecas del material.

- Estabilidad y vida útil: Las células solares orgánicas suelen tener una vida útil más corta. Sus materiales tienden a degradarse más rápidamente con la intemperie y la exposición a la luz ultravioleta. Las células de perovskita son más prometedoras en este campo. Con mejores métodos de encapsulación, las células de perovskita podrían durar más que la mayoría de las orgánicas. Los experimentos han demostrado que las células de perovskita bien protegidas pueden mantener su rendimiento durante periodos más largos.

- Coste y fabricación: Tanto las células solares orgánicas como las de perovskita pueden procesarse en solución. En general, ambas rutas de procesamiento requieren menos equipamiento que la fabricación de células de silicio. Sin embargo, las células de perovskita tienen ventaja en este aspecto. En muchos casos presentan una mejor relación eficiencia-coste. Los investigadores han observado que las células orgánicas suelen requerir aditivos o complejos métodos de estratificación que aumentan los costes sin mejoras comparables en el rendimiento.

La flexibilidad de las células solares orgánicas ha dado lugar a aplicaciones prácticas para dispositivos portátiles y de baja potencia. En el futuro, la tecnología de la perovskita podría desempeñar un papel más amplio en el desarrollo de la energía solar por su mayor eficiencia y su potencial de producción a bajo coste. Muchos estudios piloto han indicado que las perovskitas podrían ser competitivas en breve para la electrónica de consumo, la fotovoltaica integrada en edificios e incluso la generación de energía a gran escala si se resuelven los problemas de estabilidad.

Conclusión

Las células solares de silicio ofrecen durabilidad y tecnología probada, las células de capa fina ofrecen madurez de fabricación y flexibilidad de diseño, las células orgánicas se adaptan a nichos de mercado gracias a sus formas ligeras, mientras que las células solares de perovskita prometen una alta eficiencia a bajos costes de producción.

Preguntas más frecuentes

F: ¿Cuál es la ventaja más significativa del uso de células solares de perovskita?

P: Proporcionan una alta eficiencia, con bajos costes de fabricación en comparación con las células de silicio convencionales.

F: ¿Cuál es el reto actual de las células de perovskita?

R: Son propensas a la degradación ambiental, lo que limita su uso a largo plazo en exteriores.

F: ¿Cómo se comparan las células de perovskita con las células solares orgánicas?

R: Suelen presentar una mayor eficiencia y una mejor estabilidad a largo plazo en comparación con las células orgánicas.