Un material para generar energía solar a
precio "casi regalado"
Un grupo de investigadores descubre que un material conocido durante cientos de años podría reducir el coste de la energía solar.
Un nuevo tipo de célula solar, hecha de un material considerablemente más barato de obtener y usar que el silicio, podría generar tanta energía como las células solares básicas actuales.
Aunque el potencial del material está empezando a ser entendido, ha llamado la atención de los investigadores solares más importantes del mundo, y varias empresas ya están trabajando para comercializarlo.
Los investigadores dedicados a desarrollar la tecnología aseguran que podría conducir a paneles solares que cuesten solo de 10 a 20 centavos de dólar (7,5 y 15 céntimos de euro) por vatio. Hoy día, los paneles solares normalmente cuestan unos 75 centavos de dólar (56 céntimos de euro) por vatio, y el Departamento de Energía de EE.UU. afirma que 50 centavos de dólar (37 céntimos de euro) por vatio permitirá a la energía solar competir con los combustibles fósiles.
En el pasado, los investigadores solares han estado divididos en dos bandos en su búsqueda por hacer que la energía solar sea más barata. Algunos han tratado de obtener células solares que se puedan fabricar a precios muy bajos, pero que tienen la desventaja de ser relativamente ineficientes. Últimamente, un mayor número de investigadores se han centrado en el desarrollo de células de muy alta eficiencia, a pesar de que requieran técnicas de fabricación más caras.
El nuevo material podría hacer posible obtener lo mejor de ambos mundos: células solares muy eficientes, pero también baratas de fabricar.
Uno de los investigadores solares más importantes del mundo, Martin Green, de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, señala que la rapidez del progreso ha sido sorprendente. Las células solares que utilizan el material "se pueden fabricar con tecnología muy simple y potencialmente muy barata, y la eficiencia está aumentando de manera muy significativa", afirma.
La perovskita se conoce desde hace más de un siglo, pero nadie había pensado en probarla en células solares hasta hace relativamente poco. El material particular que los investigadores están usando es muy bueno a la hora de absorber la luz. Mientras que los paneles solares de silicio convencionales utilizan materiales con alrededor de 180 micrómetros de espesor, las nuevas células solares utilizan menos de un micrómetro de material para capturar la misma cantidad de luz solar. El pigmento es un semiconductor que además también es bueno para el transporte de la carga eléctrica que se crea cuando es alcanzado por la luz.
"El material es muy barato", afirma Michael Grätzel, famoso en la industria solar por haber inventado un tipo de célula solar que lleva su nombre. Su grupo ha producido las células solares de perovskita más eficientes hasta ahora, y convierten el 15 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad, mucho más que otras células de producción barata. Basado en su rendimiento hasta el momento, y en sus propiedades conocidas de conversión de luz, los investigadores afirman que su eficacia podría fácilmente subir hasta el 20 o el 25 por ciento, una cifra igual de buena que las cifras récord (por lo general logradas en laboratorios) de los tipos más comunes de células solares hoy día. La eficiencia de las células solares producidas en masa puede ser más baja. Pero tiene sentido comparar la eficiencia de laboratorio de las células de perovskita con los registros de laboratorio de otros materiales. Grätzel asegura que el uso de perovskita en células solares probablemente resultará en un material "indulgente" que conserve una alta eficiencia en la producción en masa, ya que los procesos de fabricación son simples.
Las células solares de perovskita se pueden fabricar mediante la difusión del pigmento en una hoja de vidrio u hoja de metal, junto con algunas otras capas de material que faciliten el movimiento de electrones a través de la célula. No son exactamente las células solares en spray que algunas personas habían previsto, un ideal propio de la ciencia ficción por el que de forma instantánea se puede hacer que cualquier superficie sea capaz de generar electricidad, pero el proceso es tan fácil que se está acercando a ello. "Es muy poco probable que alguien llegue a ser capaz de simplemente comprar un tubo de 'pintura solar', pero todas las capas de la célula solar pueden ser fabricadas con la misma facilidad con la que se pinta una superficie", señala Henry Snaith, físico de la Universidad de Oxford que, en colaboración con investigadores de Asia, ha publicado algunas de las mejores eficiencias para el nuevo tipo de célula solar.
Cuando se probaron por primera vez las perovskitas en células solares en 2009 los niveles de eficiencia fueron bajos, y solo convertían aproximadamente el 3,5 por ciento de la energía de la luz solar en electricidad. Las células tampoco duraban mucho, ya que un electrolito líquido disolvía la perovskita. Los investigadores apenas tuvieron tiempo suficiente para ponerlas a prueba antes de que dejaran de funcionar. Sin embargo el año pasado un par de innovaciones técnicas (formas de sustituir un electrolito líquido con materiales sólidos) resolvieron esos problemas e hicieron que los investigadores iniciaran una carrera por producir células solares cada vez más eficientes.
"Entre 2009 y 2012 solo existía un artículo publicado. Luego, a finales del verano de 2012 es cuando empezó todo", señala Snaith. Las eficiencias se duplicaron rápidamente y después volvieron a duplicarse. Y se espera que la eficiencia siga creciendo a medida que los investigadores apliquen técnicas que han demostrado mejorar la eficiencia de otras células solares.
Snaith está trabajando para comercializar la tecnología a través de una empresa llamada Oxford Photovoltaics, que ha recaudado 4,4 millones de dólares (3,3 millones de euros). Grätzel, cuya tecnología original de célula solar se utiliza actualmente en productos de consumo tales como mochilas y cubiertas para el iPad, está otorgando licencias de uso de la nueva tecnología a empresas que tienen el objetivo de competir con los paneles solares de silicio convencionales para la producción de energía solar a gran escala.
Al igual que cualquier otro nuevo competidor en el altamente competitivo mercado de los paneles solares, las perovskitas tendrán dificultades para competir con las células solares de silicio. Los costes de las células solares de silicio están bajando, y algunos analistas creen que con el tiempo podrían caer hasta 25 centavos de dólar (19 céntimos de euro) por vatio, lo que eliminaría la mayor parte de la ventaja de costes de las perovskitas y disminuiría el incentivo para invertir en la nueva tecnología. Se espera que el proceso de fabricación de células solares de perovskita sea fácil, y puede ser tan simple como la difusión de un líquido sobre una superficie o la deposición de vapor (que es otro proceso de fabricación a gran escala). Sin embargo, históricamente, ampliar la escala de las nuevas tecnologías de células solares ha llevado más de una década, y las células solares de silicio podrían haber avanzado demasiado de aquí a una década como para alcanzarlas.
Green señala que una oportunidad podría residir en el uso de perovskitas para aumentar las células solares de silicio, en lugar de reemplazarlas. Podría ser posible pintar células solares de silicio convencionales con perovskitas para mejorar su eficiencia, y así reducir el coste general por vatio de las células solares. Esto podría ser una forma más fácil de entrar en el mercado solar que tratar de introducir un nuevo tipo de célula.
El hecho de que el material incluya una pequeña cantidad de plomo tóxico podría ser una dificultad añadida. Habrá que hacer pruebas para mostrar el grado de toxicidad como parte del material de la perovskita. También se pueden crear iniciativas para asegurar que las células solares son recogidas y recicladas, y evitar que los materiales lleguen al medio ambiente. Este es el enfoque adoptado hoy día con las baterías de arranque de plomo-ácido usadas en los automóviles. También podría ser posible sustituir el plomo en las células por estaño o algún otro elemento.
