Las grandes placas rígidas montadas en los tejados de los edificios o dispuestas en paralelo en los parques fotovoltaicos son los paneles solares a los que estamos acostumbrados y que cada día generan en torno al 25% del mix energético en España.
Sin embargo, hay una nueva generación de tecnología fotovoltaica que apuesta por innovaciones como hacerlas más delgadas y flexibles para pegarlas en cualquier superficie como si fuesen pegatinas o utilizar materiales para que generen electricidad también en interiores.
En esta última dirección trabaja un equipo de investigadores de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung en Taiwán. El resultado son unas nuevas células solares de perovskita (PeSCs) con una sorprendente capacidad para generar energía con fuentes de luz mucho más tenues que el sol, como los fluorescentes de una oficina.
A diferencia de los paneles solares convencionales, las perovskitas ofrecen unas propiedades físicas únicas que las hacen ideales para esta tarea. Como explica Fang-Chung Chen, autor principal del estudio publicado en APL Energy, "mientras que los paneles de silicio son rígidos y pesados, lo que limita su uso a superficies planas y resistentes, las PeSCs pueden hacerse finas, ligeras, flexibles e incluso semitransparentes".
Las peculiares propiedades de estas placas abren un nuevo horizonte para alimentar los innumerables dispositivos de bajo consumo que nos rodean. Desde mandos a distancia hasta sensores del Internet de las Cosas (IoT) o wearables como los relojes inteligentes, la dependencia de las baterías podría tener los días contados gracias a esta tecnología que cosecha energía de la luz ambiental con una eficiencia sin precedentes.
Cómo se fabrican
El equipo taiwanés trabajó con perovskitas de haluro mixto y catión mixto, una fórmula compleja que permite ajustar con precisión sus propiedades. El objetivo era optimizar la célula para la luz de interiores, lo que requería modificar su brecha energética o bandgap.
Este término se refiere a la energía mínima que un electrón necesita para activarse y producir electricidad. Los investigadores ajustaron la composición química de la perovskita para reducir esta brecha energética, creando una superficie perfecta para los electrones impulsados por la luz de interiores, una proeza de sintonización imposible de realizar en el silicio.
Diagrama sobre las capas de las nuevas placas solares de perovskita
El ajuste, aunque es clave para mejorar el rendimiento de las células en condiciones de baja luminosidad, genera inevitablemente imperfecciones en la delicada estructura cristalina del material. "Afinar la brecha energética, desafortunadamente, conlleva un efecto negativo: introduce defectos en las capas de perovskita", admite Chen.
La investigación identifica dos culpables principales que merman la eficiencia: las vacantes de haluro, pequeños huecos en la red cristalina donde debería haber un átomo de yodo o bromo, y los iones de plomo con carga positiva que quedan sueltos o sin coordinar. Ambos elementos actúan como 'trampas' que capturan los electrones antes de que puedan contribuir a generar una corriente eléctrica.
Para solucionar este inconveniente, los investigadores introdujeron un agente quelante conocido como EDTA-2Na, formado por átomos de oxígeno y nitrógeno con enlaces fuertes que neutralizan los iones de plomo sueltos.
Resultados sorprendentes
Los resultados de esta estrategia fueron sorprendentes. Frente a una iluminación similar a la del sol, sólo consiguieron un 12,76% de Eficiencia de Conversión de Energía (PCE), la métrica que indica qué porcentaje de la luz que recibe la célula se convierte en electricidad útil.
En condiciones de baja luminosidad de 2.000 lux (lúmenes por metro cuadrado), similar a lo que generan los fluorescentes en una oficina, las células tratadas con EDTA-2Na alcanzaron una PCE del 38,7%, una cifra que demuestra su extraordinaria capacidad para aprovechar la luz ambiental.
Más allá de la eficiencia, la verdadera sorpresa fue la mejora en la durabilidad, el histórico talón de Aquiles de las perovskitas. Las pruebas de estabilidad revelaron que las células pasivadas con el agente quelante mantuvieron más del 90% de su eficiencia inicial después de 500 horas de funcionamiento ininterrumpido bajo iluminación constante, un rendimiento muy superior al de las células fotovoltaicas no tratadas.
Unas placas solares instaladas en el tejado de una casa
Así, este avance no solo hace posible su funcionamiento en interiores, sino que amplía la versatilidad de estos dispositivos. "La eficiencia en interiores de las PeSCs es mayor, lo que significa que los productos fotovoltaicos pueden ser más adecuados para escenarios de uso versátiles, incluyendo exteriores nublados, interiores y otros entornos con poca luz", afirma Chen en un comunicado de prensa.
Este doble logro, que ataca simultáneamente la eficiencia y la estabilidad a través de un ingenioso mecanismo químico, representa un paso firme hacia la viabilidad comercial. "Dado que la escasa fiabilidad de las PeSCs es un gran reto para su adopción, esperamos que nuestro método propuesto pueda allanar el camino hacia la comercialización de los paneles solares de perovskita", concluye Chen.
Y estos no sólo tendrán la forma de los grandes paneles rígidos de los tejados o las granjas fotovoltaicas mencionados al inicio de este artículo, sino que podrán integrarse en todo tipo de pequeños dispositivos para aumentar su autonomía o, directamente, eliminar las baterías.