perovskite-silicon-solar-cell
Multicapas que dan lugar a un dispositivo. La capa de perovskita se encuentra en azul

(Ciudad Gótica).- En el año 2004 un grupo de estudiantes entre los que se encontraban los, hoy día, Dr. Mirco Fischer (Arizona State University), Dr. Rodolfo Fernandez (Intel-US) y el que escribe (CNRS-Francia) trabajábamos en el Laboratorio de Materiales Nanoestructurados de la UNI junto al Dr. Abel Gutarra. Fabricábamos óxidos mixtos en polvo, del tipo perovskitas (La0.2Sr0.8MnO3). Nuestras investigaciones partieron del deseo de estudiar su aplicación en paneles fotovoltaicos (llamados comúnmente paneles solares, aunque esta denominación abarca otros dispositivos como los colectores solares) pero poco tiempo después se redirigieron hacia sus interesantes propiedades magnéticas, como la magnetorresistencia colosal (CMR, por sus siglas en inglés). A partir del 2009 las investigaciones de las propiedades fotovoltaicas de las perovskitas se detuvieron alrededor del mundo.

perovskites2
Estructura tipo pervoskita

En ese momento nada hubiera predicho que en el año 2012, estos materiales orientados nuevamente hacia el campo fotovoltaico, traerían abajo todos sus registros de rendimiento: 10% en 2012, 15% en 2013, 20% en 2014. Aunque todavía distante del 25,6% del rendimiento mostrado por el silicio,  el futuro de las perovskitas es promisorio y no sólo interesante. Debido a la creciente popularidad, hoy en día en los simposios de materiales se suelen encontrar muchas presentaciones relacionadas con estos óxidos mixtos;  los participantes llegan al extremo de sentarse en el suelo por falta de espacio en las bien acondicionadas salas y como si fuera poco todas las principales revistas científicas han dedicado algún número, con algunos títulos dignos de los tabloides. Como en su momento lo fueran el grafeno o los nanotubos de carbono, la fiebre de las perovskitas se han ganado a los investigadores de todo el mundo.

Una perovskita describe a una familia de un material especial con estructura cristalina muy particular, ortorrombica, sin embargo las que se utilizan para aplicaciones fotovoltaicas se las conoce como híbridas, las cuales están compuestas tanto de materiales orgánicos como inorgánicos. Fruto de la investigación fotovoltaica del lado de las perovskitas orgánicas, como es el caso del CH3NH3PbCl3-xIx, se ha llegado a la conclusión de que las celdas solares son una alternativa diabólicamente atractiva para las células de silicio que dominan el mercado hoy en día, y cuyos límites como el rendimiento y rigidez se conocen desde hace muchos años.

El descubrimiento de las cualidades de las perovskitas para el uso  “fotovoltaico” se debe a dos expertos: Michael Graetzel, de la Escuela Politécnica de Lausana, y Henry Snaith, de la Universidad de Oxford. “Las celdas solares producidas por Graetzel y Snaith alcanzaron, a medida que aparece el año 2012, el mejor desempeño entre las tecnologías emergentes”, según Daniel Lincot, director del Instituto para la investigación y el desarrollo de la energía fotovoltaica (IRDEP). Este es otro claro ejemplo de como la investigación básica y aplicada en las universidades contribuye al desarrollo de la ciencia y tecnología. Generando patentes y nuevos campos de investigación.

perovskites
Fotónes (Luz) impactan en la estructura cristalina generando electrones (Corriente eléctrica)

Si las perovskitas producen rendimientos tan altos,  es gracias a cualidades insospechadas. La buena separación de cargas eléctricas y su movilidad que son de hecho la sorpresa de este material; “cuando los primeros resultados aparecieron, las propiedades electrónicas de estos materiales eran todavía poco claras, y lo sigue siendo hasta hoy en día”, dice Emmanuelle Deleporte, física del Laboratoire Aimé-cotton quien ha estudiado estos compuestos durante 10 años. A la buena movilidad de carga se incluye una buena absorción de la luz solar, la capacidad de manipularlas en forma de tinta para grandes recubrimientos y bajo costo de fabricación. Así que, ¿Son las perovskitas la tecnología del futuro para la energía fotovoltaica? “No creo que una sola tecnología se convertirá en la única solución”, modera las expresiones de la comunidad científica Daniel Lincot. Las perovskitas han proporcionado un impulso considerable a la comunidad fotovoltaica y todavía son prometedoras, pero también se enfrentan a muy importantes retos, como su poca estabilidad o pobre resistencia al agua. Además, los registros se hacen en demostración de unos pocos milímetros cuadrados de superficie. Todavía quedan muchos años de investigación, a pesar de que el interés de las empresas del sector ya es muy fuerte.

solar_tracker_in_lixouri
Paneles solares

A pesar de que este material prodigio tiene todavía muchos secretos por revelar, su aparición en el mercado no es de esperar. Henry Snaith, con su start-up Oxford fotovoltaica, ha anunciado la comercialización de las primeras células de perovskitas en el 2017. De lo que estamos seguros es que esta fiebre no va a cesar por el momento.

Referencias

http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n9/pdf/nmat4079.pdf

https://lejournal.cnrs.fr/articles/photovoltaique-la-fievre-perovskite

http://energeewhiz.com/?p=216

 

Personaje de ficción