La mayoría de los sistemas de energía solar están hechos con paneles que dependen del silicio, un material para el que, desde hace años, se buscan alternativas. Ahora, un equipo de científicos australianos ha desarrollado una nueva generación de placas solares con perovskita que transforman la energía solar en energía útil con resultados prometedores.

Los detalles de la investigación, que se publica hoy en la revista Science, son un importante avance hacia la viabilidad comercial de las células fotovoltaicas de perovskita de haluro metálico.

Actualmente, la tasa de conversión de energía del silicio en los paneles solares está cerca de alcanzar sus límites naturales y, por ese motivo, los científicos exploran nuevos materiales que puedan apilarse sobre el silicio para mejorar sus tasas de conversión de energía.

Uno de los materiales más prometedores es la Perovskita de haluro metálico, que puede incluso superar al silicio por sí mismo.

“Las Perovskitas son realmente prometedoras para los sistemas de energía solar” porque “son muy baratas, 500 veces más delgadas que el silicio y por lo tanto son flexibles y ultraligeras. También tienen tremendas propiedades de habilitación de energía y altas tasas de conversión solar”, destaca la responsable de la investigación, la profesora Anita Ho-Baillie, de la Universidad de Sydney (Australia).

En los últimos 10 años, diversos experimentos han demostrado que el rendimiento de las células de perovskitas ha mejorado desde niveles bajos hasta convertir el 25,2 % de la energía del sol en electricidad, una tasa de conversión que las células de silicio tardaron 40 años en conseguir.

Pero, sin protección, las células de perovskita no tienen la resistencia de las células basadas en el silicio, por lo que todavía no son comercialmente viables.

“Las células de perovskita tendrán que apilarse en contra de los estándares comerciales actuales. Eso es lo que es tan emocionante de nuestra investigación. Hemos demostrado que podemos mejorar drásticamente su estabilidad térmica”, anuncia Ho-Baillie.

Los científicos lograron evitar la descomposición de las células de la Perovskita con una simple y económica capa de polímero de vidrio.

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Para ello, sometieron los paneles solares a condiciones extremas de calor y humedad, unas situaciones de estrés en las que las células perovskitas, si no se protegen, se vuelven inestables y liberan gas del interior de sus estructuras.

“Comprender este proceso, llamado ‘outgassing’, fue una parte central de nuestro trabajo para desarrollar esta tecnología y mejorar su durabilidad”, explica Ho-Baillie.

Las células solares de perovskita podrían ser incorporadas en ventanas con aislamiento térmico, como el vidrio, pero, para eso, “necesitamos conocer las propiedades de desgasificación de estos materiales”, añade la investigadora.

El equipo de investigación utilizó una técnica denominada cromatografía de gases-masas para identificar los productos volátiles y las vías de descomposición de las perovskitas híbridas sometidas a la tensión térmica que se utiliza habitualmente en las células de alto rendimiento.

El método permitió encontrar una pila de polímeros de vidrio de bajo coste con un sello hermético a la presión eficaces para suprimir la descomposición de la Perovskita.

Además, cuando se les sometió a los estrictos estándares de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC), las celdas del experimento superaron las expectativas.

“Otro resultado emocionante de nuestra investigación es que fuimos capaces de estabilizar las células de perovskita bajo las duras condiciones ambientales exigidas por la Comisión Electrotécnica Internacional. Las células no sólo pasaron las pruebas de ciclo térmico, sino que también superaron los exigentes requisitos de las pruebas de calor húmedo y de congelación de la humedad”, subraya Ho-Baillie.

Estas pruebas ayudan a determinar si los módulos de células solares pueden soportar los efectos de las condiciones de funcionamiento en el exterior al exponerlos a repetidos ciclos de temperatura entre -40 y 85 grados, y a un 85 por ciento de humedad relativa.

En concreto, las células fotovoltaicas de perovskita sobrevivieron más de 1800 horas de la prueba de “calor húmedo” de la IEC y a 75 ciclos de la prueba de “Congelación de humedad”, y superaron por primera vez el requisito de la norma IEC61215:2016.

“Esperamos que este trabajo contribuya a los avances para estabilizar las células solares perovskitas, aumentando sus perspectivas de comercialización”, concluye Ho-Baillie.