Acercar las celdas fotovoltaicas de perovskita a la comercialización
Las celdas fotovoltaicas de perovskita son una tecnología revolucionaria que podrían suponer un gran avance en la energía renovable. El sector de la energía fotovoltaica está dominada hoy día por tecnología basada en el silicio. Sin embargo, las celdas fotovoltaicas de perovskita, una familia de cristales artificiales, podrían cambiar de forma drástica este paradigma, ya que podrían ofrecer un rendimiento mucho mayor a una fracción del coste. Las celdas fotovoltaicas de perovskita utilizan una capa ultrafina de material semiconductor y, en la actualidad, ofrecen un rendimiento de hasta el 25,7 %, casi al nivel del 26,7 % alcanzado por el silicio durante los últimos 60 años de innovación y desarrollo. La perovskita ha logrado este hito en tan solo 10 años. Si bien este tipo de celdas fotovoltaicas han adquirido una notable eficacia con mucha rapidez, aún quedan varios obstáculos antes de convertirse en una tecnología solar competitiva en los mercados comerciales. Uno de los principales problemas es que las perovskitas son susceptibles a daños ambientales y propensas a la degradación. Para protegerlas, los investigadores cubren las celdas fotovoltaicas con materiales bidimensionales (2D) conocidos como «dicalcogenuros de metales de transición»: capas semiconductoras de un átomo de grosor hechas con un material similar al grafeno. Estas capas aumentan la estabilidad y el rendimiento de las celdas fotovoltaicas, lo que mejora su transmisión eléctrica. «Esto, a su vez, mejora la tensión y, por lo tanto, el rendimiento del dispositivo», comenta Shahzada Ahmad, catedrático de BCMaterials en la Universidad del País Vasco. Con todo, estos materiales 2D tienen una conductividad vertical deficiente, lo que significa que no se pueden emplear en capas múltiples para crear celdas fotovoltaicas de perovskita estables y de alto rendimiento.
Introducción de la capa intermedia y las moléculas innovadoras
En el proyecto SMILIES, financiado con fondos europeos, Ahmad y sus colaboradores han trabajado para superar este escollo mediante el empleo de moléculas que cierran la brecha de conectividad eléctrica y mejoran la conductividad vertical. «Introducimos una capa con un grosor de unos pocos átomos, dispuesta sobre una perovskita, lo que minimiza la barrera energética y la acumulación de carga en la interfaz y, de este modo, se intensifica la extracción de carga y se mejora la dinámica de transferencia de carga», explica Ahmad, coordinador del proyecto SMILIES. Esta investigación se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie.
Prueba de la nueva capa molecular
Durante el proyecto SMILIES, el equipo de investigación llevó a cabo varias pruebas con su nueva tecnología, al tiempo que mejoraba la estabilidad de las celdas fotovoltaicas y trabajaba para reducir los costes totales. «Los resultados de nuestros ensayos de laboratorio fueron bastante satisfactorios y reproducibles —comenta Ahmad—. Además publicamos un protocolo en forma de artículo de acceso libre para que cualquiera pueda reproducir el trabajo y aprender a fabricar celdas fotovoltaicas». El equipo también analizó los mecanismos de funcionamiento del dispositivo mediante espectroscopia de admitancia, un método que permite medir la transferencia de carga. Los investigadores emplearon el aprendizaje automático para predecir el funcionamiento de las perovskitas y de las nuevas capas. En conjunto, sus logros significan que se podría aumentar la fiabilidad de una celda fotovoltaica de perovskita en condiciones reales.
Una metodología versátil
«Las celdas fotovoltaicas de perovskita usan una pequeña cantidad de material —agrega Ahmad—. El grosor del dispositivo es inferior a 1 μm, mientras que el grosor de la perovskita es de unos 500 nm. Las perovskitas se pueden depositar a partir de una disolución, por lo que es posible fabricarlas a un menor coste de establecimiento y fabricación». Todo ello significa que las perovskitas podrían convertirse incluso en tinta e imprimirse con la tecnología de impresión normal, tejerse en telas o agregarse a materiales de construcción. Ahmad continuará trabajando en la tecnología gracias a una subvención del Consejo Europeo de Investigación. «Estamos optimizando la interfaz con varios materiales innovadores diferentes al grafeno. La interfaz es muy importante, ya que es “el corazón” de cualquier dispositivo electrónico», concluye el catedrático.
Palabras clave
SMILIES, solar, perovskita, comercial, mercados, capa, carga
