Corea se suma a la carrera por hacer paneles de perovskita viables: ya saben cómo atacar su punto débil

Cada vez es más fácil y barato adquirir un panel solar, algo clave de cara a crear sistemas de autoconsumo que casi cualquiera puede instalar (a no ser que se viva en el casco histórico de ciertas ciudades). Sin embargo, pese a que los paneles solares parecen ser una tendencia, tienen un problema: su eficiencia energética. Es ahí donde entran en juego nuevos materiales, como las perovskitas, pero tampoco son perfectas debido a ciertos defectos que juegan en contra de su relación de conversión de energía.

Sin embargo, un equipo de investigadores surcoreanos afirma haber dado con la clave para aumentar la eficiencia de este tipo de paneles de perovskita y, además, alargar su vida útil. La clave está en algo denominado perovskita de baja dimensión.

El material milagroso. La inmensa mayoría de paneles actuales están compuestos de células de silicio cristalino. Es un material inorgánico que tiene buenos índices de estabilidad, pero estamos cerca de alcanzar sus límites de conversión de energía. Ahí es donde entran en juego las células de perovskita. No son nuevas, ya que se inventaron en Japón en el año 2000, pero ahora es cuando se están postulando como la mejor alternativa a los paneles de silicio. Tanto que se ha llamado "el material milagroso".

Las células de perovskita están compuestas por elementos tanto inorgánicos como orgánicos, son baratas de producir, pesan menos, pueden ser extremadamente delgados y son flexibles, una gran ventaja sobre los paneles convencionales de silicio. Esto es clave de cara a conseguir recubrir ciertas superficies. Ya están en la calle los paneles de perovskitas sobre células de silicio, aunque también hay pruebas de paneles de perovskitas + perovskitas.

Defectos. Estos últimos años hemos visto muchísimos avances en laboratorio que nos hacen ser optimistas de cara a índices de conversión de energía mucho más elevados que los que presentan los paneles de silicio, pero no todo es positivo en los paneles con células de perovskitas. Su gran problema es que son menos estables que las células de silicio, por lo que se degradan más rápido con humedad, calor… o luz.

Nos referimos a esto como "defectos", y los hay de varios tipos. Algunos son intrínsecos al propio material (la descomposición química del mismo debido a agentes externos y a que son un elemento orgánico), otros se producen a un nivel molecular en la misma formación del material y todos se traducen en lo mismo: fallos en la red cristalina de las perovskitas que afecta a su rendimiento y durabilidad.

Compensando los defectos. Es por eso que, además de investigar para conseguir paneles más eficientes, se está invirtiendo en formas de compensar esa desventaja física del material. Estamos probando a encapsular las células, a añadir compuestos para proteger los paneles o sustituir elementos como el plomo, uno de los más inestables de las perovskitas, pero también el que permite una alta eficiencia energética. Y el reto se complica porque, cuando añadimos una película protectora, perdemos eficiencia del panel. Ahí es donde debemos destacar el hallazgo de un equipo internacional de investigadores liderados por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Gwangju, en Corea del Sur.

En un artículo publicado en Nature hace unos meses, el equipo afirma haber desarrollado una película de perovskita de formamidinio y yoduro de plomo que ha demostrado una sobrada capacidad para mantener una buena eficiencia de conversión a la vez que permite alargar -por mucho-, la vida útil del panel.

Dopando las perovskitas. Hobeom Kim es uno de los autores del estudio y afirma que "hasta ahora, un enfoque típico ha sido el de introducir un reactivo químico externo para tratar el problema de los defectos. Sin embargo, esto podía afectar directamente a la calidad cristalina de la perovskita durante la formación del cristal. Nuestro trabajo no se basa en este tipo de estabilizadores y, en su lugar, empleamos un politipo de perovskita químicamente idéntico: la perovskita hexagonal politípica (6H) que contiene un componente que suprime eficazmente la formación de defectos del material".

Prometedor. Para crear el componente, el equipo ‘dopó’ la perovskita con un exceso del 20% de diyoduro de plomo (PbI₂), mejorando su integridad estructural. ¿Y esto en qué se traduce? En más resistencia y, además, una mayor eficiencia. El dispositivo de control (con la misma cantidad de cloruro de metilamonio, pero sin ese 20% extra de PbI₂) tenía una eficiencia del 20,32%, mientras que la célula tratada con 6H mostró una eficiencia del 22,35%, llegando a una eficiencia del 23,69% en el mejor de los casos de este estudio.

Los investigadores crearon varios módulos de 6,5 x 7 centímetros con ocho células de perovskita heteropolípica dopadas con 6H, y el mejor de los que crearon tuvo una eficiencia certificada del 21,44%. Está lejos de lo que promete la tecnología, pero lo interesante es la durabilidad del nuevo material. Tras 1.000 horas, los dispositivos de perovskita sin tratar mantuvieron el 63% de su eficiencia inicial. Los tratados con 6H mantuvieron el 81%. Y los que tenían 6H más una capa de protección extra, lograron un 92% de su eficiencia tras ese tiempo.

Avanzamos rápido. Como decimos, ya se están comercializando paneles con perovskita en su composición, pero más allá de la eficiencia (que es algo en lo que la industria está avanzando con rapidez), el gran reto de este tipo de paneles es la durabilidad (que afecta directamente a la conversión de energía) y e investigaciones como la de este equipo surcoreano son un ladrillo más para apuntalar el futuro comercial de estos paneles.

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