Las perovskitas ya están revolucionando las placas solares, y aspiran a hacer lo mismo con las memorias LEM

«El santo grial de las tecnologías fotovoltaicas reside actualmente en las perovskitas. Con ellas sucede una cosa asombrosa: cuando se publicó la primera célula solar fabricada con una perovskita en 2009 se reportó una eficiencia del 3,8%. Es una cifra muy baja. Además, se degradaba en horas. Sin embargo, ahora mismo están en el 25,5% y ya no se degradan en horas. Han recorrido en diez años lo que el silicio tardó cincuenta años en recorrer. Es algo asombroso».

Esta cita la hemos extraído de la conversación que mantuvimos a principios de 2021 con Ignacio Mártil de la Plaza, doctor en física y catedrático de electrónica en la Universidad Complutense de Madrid que dedica su actividad docente e investigadora a las tecnologías avanzadas en células solares. Es evidente que Ignacio sabe de lo que habla, así que nadie mejor que él para explicarnos qué son las perovskitas:

«Perovskita es una denominación genérica. Describe una familia de materiales cuya estructura cristalina es parecida a la de un material llamado titanato de calcio. Su enorme interés en las tecnologías fotovoltaicas 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», nos explica Ignacio.

«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. Además, esos materiales absorben muy bien la radiación solar, por lo que hace falta muy poco material para que absorba la radiación del Sol. Estas dos condiciones hacen a las perovskitas candidatos óptimos para los paneles fotovoltaicos», concluye Ignacio.

Como acabamos de ver, las perovskitas ya están redefiniendo las reglas vinculadas a las tecnologías fotovoltaicas, pero este no es en absoluto el único ámbito en el que estos materiales parecen tener mucho que decir. Y es que un grupo de investigadores de la Universidad de Kyushu, en Japón, y la Universidad Nacional de Taiwán, ha desarrollado unos chips de memoria que recurren a las perovskitas para lograr algo sorprendente: transmitir datos simultáneamente a través de la electricidad y la luz.

Las perovskitas están derribando la barrera que separa la electrónica y la fotónica

Estos investigadores han descubierto que las peculiares propiedades eléctricas y ópticas de las perovskitas encajan como un guante en la fabricación de memorias LEM (Light-Emitting Memories). Estos dispositivos combinan las memorias de acceso aleatorio resistivas (RRAM) con diodos LED para permitir la lectura de los datos no solo a través de la identificación de los cambios de la conductividad eléctrica, que es la forma en que funcionan las memorias RRAM, sino también identificando si los LED están encendidos o apagados.

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Por sí solas las memorias RRAM arrojan unos tiempos de lectura relativamente modestos debido a su principio de funcionamiento, pero al combinarlas con diodos LED cuyo estado puede ser leído mediante un sistema óptico este hándicap queda resuelto. El problema es que fabricar estos dispositivos híbridos es complejo. Y también caro. Pero aquí, precisamente, entran en acción las perovskitas.

Lo que los investigadores que he mencionado unas líneas más arriba han descubierto es que es posible producir memorias LEM utilizando únicamente perovskitas, lo que simplifica y abarata sensiblemente su fabricación. Los elementos químicos que las constituyen son el cesio, el plomo y el bromo (CsPbBr₃), y dejando a un lado los detalles más complicados es interesante saber que las perovskitas se dividen en dos capas diferentes de material, de modo que una de ellas actúa como RRAM, y la otra emite pulsos de luz.

En la capa de perovskita que se comporta como una memoria RRAM convencional es posible escribir y leer utilizando la electricidad, mientras que la otra capa, la que emite pulsos de luz, permite leer e identificar si se están escribiendo o borrando datos a partir de la longitud de onda de la luz que emite. Los investigadores que han dado con esta aplicación de las perovskitas aseguran que estas LEM encajan perfectamente en cualquier escenario de uso en el que ya se están utilizando estas memorias, como los sistemas de cifrado o las redes de multidifusión, entre muchas otras opciones.

Imagen de portada: Mikhail Nilov

Más información: Nature Communications