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Científicos desarrollan tecnología que viabiliza la perovskita a escala industrial, impulsando paneles solares más eficientes y la energía solar global.
Un avance publicado en la revista Nature Energy puede representar un punto de inflexión para el sector de energía renovable. Investigadores de Alemania y España desarrollaron un método capaz de resolver uno de los principales desafíos que impedían la utilización de la perovskita a escala industrial, acercando una nueva generación de paneles solares más eficientes y económicamente viables.
El descubrimiento fue liderado por científicos del Karlsruhe Institute of Technology (KIT), en Alemania, y de la Universidad de Valencia, en España, con apoyo de instituciones de Francia y Argentina. El nuevo proceso permitió fabricar células solares tandem con eficiencia del 24,3% en solo 10 minutos, un resultado considerado relevante para acercar la tecnología a las líneas de producción comerciales.
Según información de Nature Energy el día 19 de mayo, más que un récord de laboratorio, el trabajo reduce la distancia entre investigación e industria. Para especialistas del sector, ese era precisamente el mayor obstáculo para que la perovskita dejara de ser una promesa y pasara a integrar proyectos reales de energía solar alrededor del mundo.
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El avance que puede cambiar el futuro de la energía solar
La búsqueda de sistemas más eficientes de generación eléctrica ha impulsado inversiones en nuevas tecnologías fotovoltaicas. Entre ellas, las llamadas células solares tandem surgen como una de las apuestas más prometedoras de la industria.
Este tipo de estructura combina el tradicional silicio con una capa superior de perovskita. Mientras la perovskita absorbe longitudes de onda más cortas y energéticas, el silicio aprovecha la parte restante del espectro solar.
En la práctica, esta combinación permite captar una cantidad mayor de luz y generar más electricidad que los modelos convencionales de paneles solares disponibles actualmente.
Por qué la perovskita era considerada un desafío para la industria
A pesar del enorme potencial, la perovskita siempre presentó dificultades cuando se trataba de producción a gran escala.
En un entorno de laboratorio, el material ya había demostrado excelentes resultados durante años. El problema surgía al momento de fabricar capas ultrafinas de forma rápida, uniforme y económicamente viable.
Muchos especialistas temían que la tecnología permaneciera restringida a los centros de investigación debido a la complejidad de los procesos productivos necesarios para garantizar calidad industrial.
Según los investigadores involucrados en el estudio, el problema no estaba exactamente en la perovskita, sino en los métodos utilizados para depositar el material sobre las células solares.
Científicos alcanzan 24,3% de eficiencia en solo 10 minutos
El estudio reveló cifras que llamaron la atención del sector energético.
Utilizando el nuevo método de fabricación, los científicos lograron producir células tándem con:
- Eficiencia del 24,3%;
- Tiempo de procesamiento de solo 10 minutos;
- Tasa de deposición de 47 nanómetros por minuto;
- Velocidad cerca de 10 veces superior a los métodos convencionales.
Para Ulrich Paetzold, investigador del KIT involucrado en el proyecto, la industria necesita procesos que sean eficientes, rápidos y escalables al mismo tiempo. El nuevo método logró reunir estos tres factores en una única solución.
Además, el sistema utiliza una cantidad reducida de materia prima y permite el aprovechamiento de materiales durante la fabricación, contribuyendo a disminuir costos productivos.
La tecnología CSS que aceleró la producción a gran escala
La gran diferencia de la investigación está en una técnica conocida como Sublimación en Espacio Cerrado, o CSS (Close Space Sublimation).
El funcionamiento puede compararse a un pequeño horno de alta precisión. Durante el proceso, los materiales precursores se evaporan y alcanzan directamente la superficie de silicio posicionada a pocos milímetros de distancia.
En ese entorno controlado ocurre la formación de la capa de perovskita necesaria para el funcionamiento de la célula tándem.
De acuerdo con Sofía Chozas-Barrientos, investigadora de la Universidad de Valencia, la técnica elimina el uso de solventes químicos y reduce significativamente el tiempo de fabricación.
Esta característica es importante porque simplifica el proceso productivo y facilita su adaptación a las fábricas ya existentes.
Cómo la perovskita mejora el desempeño de los paneles solares
La eficiencia de los paneles solares depende directamente de la capacidad de captar diferentes longitudes de onda de la luz solar.
Los módulos tradicionales de silicio presentan un excelente desempeño, pero tienen limitaciones físicas que dificultan avances significativos en la eficiencia.
El uso de la perovskita ayuda precisamente a superar parte de estas limitaciones.
Entre los principales beneficios se encuentran:
- Mejor aprovechamiento del espectro solar;
- Mayor generación de electricidad por área instalada;
- Posibilidad de reducir costos a lo largo del tiempo;
- Compatibilidad con estructuras ya utilizadas por la industria;
- Potencial para ampliar la competitividad de la energía solar.
Estas características explican por qué la perovskita ha sido señalada como una de las tecnologías más prometedoras del sector fotovoltaico.
El secreto de la proporción 3:1 que resolvió la pérdida de bromo
Otro desafío enfrentado por los científicos involucraba la incorporación de bromo en la composición de la perovskita.
Este elemento es esencial para ampliar la llamada banda prohibida del material, característica necesaria para que la capa superior de la célula tándem funcione correctamente.
El problema era que el bromo se evaporaba durante la fabricación, reduciendo la calidad del resultado final.
Alexander Diercks, uno de los investigadores involucrados en el estudio, participó en la solución encontrada por el equipo. Los científicos desarrollaron una fuente orgánica mixta compuesta por yoduro de metilamonio y bromuro de metilamonio en una proporción exacta de 3 a 1.
La estrategia permitió preservar el bromo durante el proceso productivo y alcanzar una banda prohibida de 1,64 electronvoltios (eV), considerada adecuada para aplicaciones fotovoltaicas de alto desempeño.
Paneles solares texturizados pasan por la prueba más importante
Una innovación solo se vuelve comercialmente relevante cuando logra funcionar fuera de las condiciones ideales de laboratorio.
Por eso, los investigadores decidieron probar el método en diferentes tipos de superficies utilizadas en la fabricación de paneles solares.
Los resultados mostraron que la deposición de la capa de perovskita funcionó en:
- Silicio liso;
- Silicio nanoestructurado;
- Silicio microestructurado;
- Superficies con micropirámides usadas comercialmente.
Los análisis microscópicos confirmaron una cobertura uniforme en todas las topografías evaluadas.
Según Henk Bolink, de la Universidad de Valencia, esta capacidad es fundamental para la aplicación industrial, ya que los paneles solares comercializados actualmente no utilizan superficies totalmente lisas.
Beneficios que pueden transformar el mercado de energía solar
La nueva tecnología llega en un momento de fuerte expansión de la generación renovable en diversos países.
Con la posibilidad de producir células tandem de forma más rápida y eficiente, los fabricantes podrán ampliar la competitividad de la energía solar en los próximos años.
Entre los impactos esperados están:
- Reducción de los costos de fabricación;
- Mayor eficiencia energética de los módulos;
- Mejor aprovechamiento de las áreas de instalación;
- Expansión de la generación renovable;
- Aceleración de la transición energética global.
Estos factores pueden contribuir a hacer los sistemas fotovoltaicos aún más accesibles para consumidores residenciales, empresas y grandes plantas.
El paso que faltaba para llevar la tecnología a las fábricas
Durante años, el principal desafío de la perovskita no fue su eficiencia, sino su viabilidad industrial. La nueva técnica presentada por los científicos muestra que esta barrera comienza a ser superada de forma concreta.
Al combinar velocidad, eficiencia, economía de materiales y compatibilidad con superficies utilizadas por la industria, el proceso CSS demuestra que la producción en masa de células tandem está cada vez más cerca de la realidad.
El resultado no significa que la adopción global ocurrirá inmediatamente. Aún existen etapas de validación, expansión productiva y adaptación industrial. Aun así, los expertos consideran que el sector acaba de dar uno de los pasos más importantes hacia la próxima generación de paneles solares.
Si los avances observados en el estudio se reproducen a gran escala, la perovskita podría desempeñar un papel central en el crecimiento de la energía solar durante la próxima década, ayudando a aumentar la eficiencia de los sistemas fotovoltaicos y acelerando la transición hacia una matriz energética más limpia y sostenible.
Con información de Nature Energy.
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