Silicio

May 16, 2023

Mirando hacia adelante: Las células de energía solar tradicionales se basan en un compuesto semiconductor de silicio, que se sabe que tiene una eficiencia máxima teórica del 29 por ciento para convertir la luz solar en energía eléctrica. Sin embargo, al incorporar una segunda capa de perovskita a la capa base de silicio, las células solares tienen el potencial de superar este umbral de eficiencia en un futuro próximo.

La perovskita es una clase de compuestos que comparte la misma estructura cristalina que el mineral de óxido de calcio y titanio. Este material altamente flexible se utiliza en una variedad de aplicaciones que incluyen máquinas de ultrasonido, chips de memoria y células solares para generación de energía. Estudios recientes sugieren que la perovskita podría ser la "salsa secreta" para impulsar la industria de las células solares hacia nuevos niveles de eficiencia en la generación de energía.

La tecnología actual de células solares se está acercando rápidamente a su nivel máximo de eficiencia, pero aún no alcanza lo que se necesita para que la energía solar sea un factor mitigante significativo contra el calentamiento global. Los científicos dicen que la eficiencia debe superar el 30 por ciento y que la tasa de instalación de nuevos paneles solares debe multiplicarse por diez en comparación con los niveles de adopción actuales.

Al agregar una capa adicional de perovskita sobre una base de silicio, ambas con propiedades semiconductoras, se puede mejorar la cantidad de energía capturada de la luz solar. La capa de silicio captura electrones de la luz roja, mientras que la capa de perovskita captura la luz azul. La mejora de la capacidad de absorción de energía conducirá a una reducción del precio general de la energía solar, lo que permitirá un despliegue y adopción más rápidos de paneles solares.

Los científicos han pasado años desarrollando una tecnología eficiente de células solares de perovskita de silicio y parece que 2023 marcará un hito importante en este campo. Los avances recientes en la investigación han logrado impulsar con éxito la eficiencia de las células en tándem de silicio-perovskita más allá del 30 por ciento. El ritmo del progreso es tan rápido que esta tecnología pronto demostrará sus capacidades mejoradas en productos disponibles comercialmente.

Stefaan De Wolf, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah de Arabia Saudita, cree que 2023 traerá avances significativos. El equipo de De Wolf ya ha alcanzado un nivel de eficiencia del 33,7 por ciento en una célula solar de perovskita de silicio, pero su trabajo aún debe publicarse en revistas científicas.

Otro grupo, dirigido por Steve Albrecht en el Centro Helmholtz de Materiales y Energía de Berlín en Alemania, publicó recientemente un estudio sobre una celda tándem de silicio-perovskita que puede alcanzar eficiencias de conversión de energía de hasta el 32,5 por ciento. Un tercer grupo dirigido por Xin Yu Chin del Instituto Federal de Tecnología de Lausana, Suiza, ha demostrado un nivel de eficiencia del 31,25 por ciento con células en tándem que tienen "potencial tanto para una alta eficiencia como para bajos costos de fabricación".

Según De Wolf, superar el umbral de energía del 30 por ciento infunde confianza en que "se podrán llevar al mercado fotovoltaicas de alto rendimiento y bajo coste". La capacidad de energía solar alcanzó los 1,2 teravatios (TW) en 2022, y debe aumentar hasta al menos 75 TW en 2050 para mitigar los escenarios más catastróficos derivados del calentamiento global y los gases de efecto invernadero.

La industria comercial está trabajando activamente para mejorar la eficiencia de las células solares. El mayor fabricante de China (LONGi) ya ha alcanzado una eficiencia del 33,5 por ciento en el laboratorio. El siguiente paso consiste en ampliar el tamaño de las eficientes células en tándem de silicio-perovskita desde condiciones experimentales (cuadrados de 1 cm) hasta características de nivel comercial (cuadrados de 15 cm). De Wolf confía en que alcanzaremos este objetivo lo antes posible.