Perovskita-Silicio: La combinación que aumenta, y mucho, la eficiencia de los paneles solares

Hay un dato incuestionable. Lo refleja este gráfico:

En el crecimiento mundial de la producción de energía en los últimos diez años (2013-2023 son los datos) por tipo de fuente, destacan claramente la solar (28% de crecimiento medio anual) y la eólica (14%). 

En el año 2024, en el reparto de la energía total producida a nivel mundial, las energías renovables representaron un 32%: Solar 7%, Eólica 8%, Hidroeléctrica 14%, Otras 3%.

(Curioso el muy distinto reparto por país que se puede ver en el gráfico):

La evolución de las renovables es impresionante, pero es muy probable que, en poco tiempo, veamos un salto espectacular de la solar, gracias a... la perovskita.

La perovskita es un trióxido de titanio y calcio (CaTiO3). Es un mineral relativamente raro en la corteza terrestre. Fue descubierta en los Montes Urales de Rusia por el alemán Gustav Rose en 1839 y nombrada en honor al mineralogista ruso Lev A. Perovski (1792-1856). Su nombre también se aplica a la clase de compuestos, incluyendo los sintéticos, que tienen el mismo tipo de estructura cristalina que el CaTiO3, A²⁺B⁴⁺(X²⁻)3 , conocida como estructura de perovskita. En esta estructura se pueden incrustar muchos cationes diferentes, lo que permite el desarrollo de diversos materiales de ingeniería.

Esa es la gracia... y su relación con la energía solar. A partir del año 2009 se empezaron a construir paneles solares con una combinación de perovskita-silicio. 

Copio y traduzco de la Wikipedia inglesa: "La eficiencia de las células solares en dispositivos a escala de laboratorio que utilizan estos materiales ha aumentado del 3,8% en 2009 al 25,7% en 2021 en arquitecturas de unión simple y, en células tándem basadas en silicio, al 29,8%, superando la eficiencia máxima alcanzada en células solares de silicio de unión simple. Por lo tanto, las células solares de perovskita han sido la tecnología solar de más rápido avance desde 2016. Con el potencial de alcanzar eficiencias aún mayores y costos de producción muy bajos, las células solares de perovskita se han vuelto comercialmente atractivas".

Por ponerlo en términos claros: Si la tasa histórica de conversión de las células fotovoltaicas (energía recibida del sol convertida en electricidad) no llegaba al 20%, con la nueva combinación de materiales, y los conocimientos actuales, se puede alcanzar el 34%. Si a eso le añadimos que este nuevo material compuesto tiene menos peso y una mayor flexibilidad de diseño, el potencial de crecimiento es muy importante. 

Precisamente por esas dos características, bajo coste y flexibilidad, el joven físico Miguel Anaya, Premio Investigador Joven en Física Experimental de la Fundación BBVA y la Real Sociedad Española de Física en 2024, aventura: "podemos usar perovskitas de manera sencilla y barata, que abren la puerta a aplicaciones que parecen ciencia ficción. Podríamos desarrollar tejidos inteligentes con nanocélulas solares integradas. Imagina un jersey capaz de absorber energía solar para cargar tu móvil mientras paseas... Estos materiales también pueden revolucionar la energía solar, creando paneles ultraligeros y flexibles, ideales para vehículos, aviones y estaciones espaciales" (Entrevista en XL Semanal)

Hay una empresa puntera en estas investigaciones:

PeroNova (www.peronova.com) - Esta es su declaración de intenciones: "Estamos transformando el consumo energético global con métodos altamente innovadores y sostenibles que aprovechan los materiales de perovskita". Y ya han puesto en funcionamiento una planta de producción de 1 MW en Pasadena (California) para demostrar estas ventajas (Copio y traduzco de su página web): 

1) Eficiencia - Las células de perovskita funcionan con casi todas las longitudes de onda visibles y pueden ajustarse con precisión para absorber diferentes colores del espectro solar. Logramos una eficiencia del 26% en el laboratorio PeroNova, acercándonos poco a poco al límite teórico de eficiencia energética del silicio cristalino.

2) Grosor - Las películas ultrafinas de perovskita miden aproximadamente 0,5 micras de espesor, en comparación con las de silicio, que tienen 200 micras. Su portabilidad y facilidad de instalación abren nuevas oportunidades para las películas de perovskita en el campo de las energías solares renovables.

3) Sostenibilidad - Un material solar más limpio: una huella de carbono 40% menor que la del silicio y sin procesamiento a altas temperaturas.

4) Disponibilidad - Los materiales de perovskita no son costosos ni tienen un suministro limitado como el silicio, lo que reduce las fluctuaciones inesperadas de los costos del mercado y las preocupaciones por la disponibilidad.

5) Naturaleza dinámica - Se puede combinar con materiales como el silicio para formar estructuras híbridas que pueden lograr eficiencias energéticas más allá del límite teórico del silicio.

6) Reducción de costes - La fabricación rentable y la reducción de complicaciones en la cadena de suministro hacen que la perovskita sea entre un 30 y un 50% menos costosa que la tecnología fotovoltaica tradicional.

Todas las estimaciones que van apareciendo sobre las necesidades de energía derivadas de la implantación exponencial de las nuevas aplicaciones de la IA apuntan a cantidades tales que solo la puesta en marcha de nuevas tecnologías mucho más eficientes, como las que anticipa el uso de la perovskita, pueden llegar a satisfacer. Tenemos unos años apasionantes por delante...

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Posdata: Dejo a mi amigo Telmo G. que nos ilustre sobre los "caveats" de la proliferación de este tipo de macro-granjas solares: protección de los paneles ante calimas y otros agentes atmosféricos, y su consiguiente limpieza; gestión de la renovación de paneles (no son eternos); gestión de los residuos (serán muchas toneladas de paneles a reciclar cada año), etc...

Parque solar en Pakistán

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