Perovskita: la revolución en paneles solares

¿Has escuchado hablar de la perovskita? Si no es así, te aseguramos que en el futuro vas a oír este término con mucha frecuencia. Porque este mineral está revolucionando las células solares, y parece ser el siguiente paso hacia unos paneles fotovoltaicos más eficientes.

Vamos a explicarte qué es este mineral y cómo contribuye a mejorar la eficiencia en materia de energía solar, para que no te quedes con ninguna duda.

¿Qué es la perovskita?

Se trata de un mineral compuesto de óxido de calcio y titanio. Aunque puede sonar como algo nuevo, porque no es demasiado conocido, lo cierto es que fue descubierto en 1839 en Rusia. Su nombre se lo debe al mineralogista ruso Lev Perovski, aunque su descubridor fue el geólogo alemán Gustav Rose.

La particularidad de este mineral es que tiene una estructura cristalina cúbica. Los átomos de calcio ocupan los vértices del cubo, mientras que el titanio se sitúa en el centro. Por su parte, los átomos de oxígeno están en los centros de las caras del cubo.

Los materiales elaborados a base de perovskita tienen unas propiedades ópticas y electrónicas bastante notables. Demuestran una muy buena capacidad de absorber luz, y también destacan en cuanto a movilidad de carga y fotoluminiscencia. De hecho, pueden tolerar una cierta cantidad de defectos en su estructura sin que esto afecte de manera significativa a su rendimiento.

Por todo ello, la perovskita está siendo toda una revolución en el campo de las celdas solares. Porque permite una alta eficiencia de conversión de energía y su coste es relativamente bajo. Además, este material también se utiliza en la fabricación de luces LED, en aparatos de rayos X y en diferentes dispositivos electrónicos, porque tienen excelentes propiedades semiconductoras.

Composición de la perovskita

Instalar placas solares con células de perovskita pronto será algo de lo más habitual. Para entender mejor por qué este mineral es ahora tan valioso, es necesario hacer una aproximación con mayor nivel de detalle a su composición.

La fórmula química de este mineral es CaTiO3. Tiene una estructura cristalina cúbica que sigue la fórmula general ABX3.

Si imaginas un cubo, en cada una de sus esquinas hay un catión más grande, un átomo de calcio. En el centro hay un catión más pequeño, un átomo de titanio. En el centro de cada una de las caras del cubo hay aniones, átomos de oxígeno.

Esta estructura se mantiene en las variantes sintéticas que podemos encontrar de este material, y eso le permite tener diferentes aplicaciones tecnológicas.

Propiedades de las perovskitas

La estructura cristalina cúbica de este mineral le permite un cierto grado de flexibilidad, lo cual brinda la oportunidad de crear con él numerosos compuestos con propiedades diferentes.

Por lo que respecta a sus propiedades físicas hay que destacar su dureza, su densidad y su apariencia:

• Dureza. En la escala de Mohs tiene una dureza moderada que oscila entre 5 y 5.5.
• Densidad. La media está en 4 gramos por centímetro cúbico.
• Apariencia. Es un mineral que se presenta en color marrón, amarillo, gris o negro. Con un brillo que va de vítreo a subadamantino, según la pieza. Su fractura es irregular o concoidea.

Las propiedades ópticas con las que interesan especialmente para el desarrollo de células solares:

• Índice de refracción. Al tener un alto índice de refracción, interacciona fuertemente con la luz.
• Absorción espectral. Puede absorber una amplia gama del espectro solar, incluyendo el visible y parte del infrarrojo cercano.
• Fotoluminiscencia. Es un mineral capaz de absorber luz y remitirla.

En materia de propiedades electrónicas hay que destacar su movilidad de carga y su conductividad:

• Movilidad de carga. La presencia de electrones y huecos aumenta la movilidad de carga, lo que hace que las piezas electrónicas fabricadas a partir de este material sean muy eficientes a la hora de transportar electricidad.
• Conductividad. Muchas perovskitas con semiconductores con una brecha de banda ajustable, lo que resulta útil en los dispositivos electrónicos y optoelectrónicos. Otras variedades tienen conductividad iónica, lo que es especialmente interesante en el campo de las celdas de combustible y las baterías.

Entre sus propiedades químicas hay que hablar de:

• Estabilidad térmica. Son estables a altas temperaturas, si bien hay algunas composiciones que se pueden llegar a degradar bajo ciertas condiciones ambientales como la acumulación de humedad y oxígeno.
• Reactividad. Es capaz de reaccionar con otros materiales. Esto permite su uso en catálisis y otros procesos químicos.

Todo esto hace de la perovskita un material con un importante potencial en el campo de la tecnología. Las investigaciones actuales en torno al mismo se están centrando en mejorar su estabilidad frente a la humedad, el calor y la luz, para aumentar su vida útil. 

También se está trabajando en el desarrollo de métodos de producción escalables y rentables, para llegar a su comercialización a gran escala.

Cómo mejoran las perovskita las placas solares

Al analizar la perovskita qué es, hemos visto que este material está ganando mucho peso dentro del campo de la energía solar. Porque con él se fabrican células solares de tercera generación, con una gran capacidad de absorción y una gran transferencia de carga, que aumentan la eficiencia de las placas.

Alta eficiencia de conversión

Las celdas solares de perovskita han demostrado una eficiencia de conversión superior al 25% de las celdas solares de silicio que se usan de forma habitual.

Esto es posible porque este mineral puede absorber una amplia gama del espectro solar, tanto luz visible como parte del infrarrojo. Como absorbe más luz, puede generar más electricidad.

Dado que el coeficiente de absorción es alto, puede captar más luz en capas más delgadas. A efectos prácticos, esto reduce la cantidad de material que es necesario para fabricar una cédula, a la vez que mejora la eficiencia.

La alta movilidad de electrones y huecos facilita el transporte eficiente de las cargas generadas por la luz solar hasta los electrodos. Lo que también contribuye a que cada placa se vuelva más eficiente.

Costes de producción más bajos

Los materiales que se utilizan para fabricar celdas solares de perovskita son más abundantes y más baratos que el silicio que se viene usando hasta ahora. 

Su fabricación también es más económica. Mientras que las celdas de silicio requieren de altas temperaturas y ambientes controlados para ser desarrolladas, las de perovskita se pueden fabricar a baja temperatura, lo cual resulta más sencillo y económico.

Flexibilidad y ligereza

El uso de este material facilita la instalación de paneles solares en diferentes ubicaciones. Porque con él se pueden crear paneles ligeros y flexibles, fáciles de instalar en superficies no planas, e incluso susceptibles de aplicaciones portátiles.

Combinación con otras tecnologías

Las celdas solares de perovskita se pueden combinar en un mismo panel con celdas solares de silicio para crear un tándem.

La de perovskita se sitúa encima de la de silicio y se encarga de absorber la luz de alta energía con longitudes de onda más cortas. La de silicio, que queda debajo, absorbe luz de baja energía en longitudes de onda más largas. Esto permite superar el límite de eficiencia teórico de una sola celda solar.

Ajuste del gap de energía

El gap de energía de las perovskitas puede ajustarse variando su composición química. Dando como resultado células adaptadas a diferentes condiciones de luz solar y que pueden tener aplicaciones cada vez más específicas.

La perovskita es un mineral que ya está revolucionando la energía solar. Como también lo estamos haciendo desde Naturgy con nuestra tarifa solar para hogares. ¡No te quedes atrás y pásate a la energía más limpia!