La energía solar ha sido considerada durante mucho tiempo la opción más sostenible para reemplazar nuestra dependencia de los combustibles fósiles. pero las tecnologías para convertir la energía solar en electricidad deben ser eficientes y económicas.

Los científicos de la Unidad de Ciencias de la Superficie y Materiales Energéticos de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) creen que han encontrado una fórmula ganadora en un nuevo método para fabricar células solares de alta eficiencia y bajo costo. El profesor Yabing Qi y su equipo de OIST en colaboración con el profesor Shengzhong Liu de la Universidad Normal de Shaanxi, Porcelana, desarrolló las células utilizando materiales y compuestos que imitan la estructura cristalina del mineral perovskita natural. Describen su técnica en un estudio publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

En lo que el profesor Qi denomina "el triángulo dorado, "Las tecnologías de células solares deben cumplir tres condiciones para que valga la pena comercializarlas:su tasa de conversión de la luz solar en electricidad debe ser alta, deben ser económicos de producir, y deben tener una larga vida útil. Hoy dia, la mayoría de las células solares comerciales están hechas de silicio cristalino, que tiene una eficiencia relativamente alta de alrededor del 22%. Aunque silicio, la materia prima de estas células solares, es abundante, su procesamiento tiende a ser complejo y dispara los costos de fabricación, encareciendo el producto terminado.

Perovskite ofrece una solución más asequible, Dice el profesor Qi. La perovskita se utilizó por primera vez para fabricar células solares en 2009 por el equipo de investigación del profesor Tsutomu Miyasaka en la Universidad Toin de Yokohama. Japón, y desde entonces ha ido ganando importancia rápidamente. "La investigación sobre las células de perovskita es muy prometedora. En solo nueve años, la eficiencia de estas células pasó del 3,8% al 23,3%. Otras tecnologías han necesitado más de 30 años de investigación para alcanzar el mismo nivel, "explica el profesor Qi. El método de fabricación que él y su equipo de investigación han desarrollado produce células solares de perovskita con una eficiencia comparable a las células de silicio cristalino, pero es potencialmente mucho más barato que fabricar células solares de silicio.

Para hacer las nuevas células, los investigadores recubrieron sustratos conductores transparentes con películas de perovskita que absorben la luz solar de manera muy eficiente. Utilizaron una técnica basada en la reacción gas-sólido en la que el sustrato se recubre primero con una capa de triyoduro de hidrógeno y plomo incorporado con una pequeña cantidad de iones de cloro y gas metilamina, lo que les permite hacer paneles grandes y uniformes de manera reproducible. cada uno compuesto por múltiples células solares.

Al desarrollar el método, los científicos se dieron cuenta de que hacer la capa de perovskita de 1 micrón de espesor aumentaba significativamente la vida útil de la célula solar. "Las células solares permanecen casi sin cambios después de trabajar durante 800 horas, "dice el Dr. Zonghao Liu, un becario postdoctoral en la unidad de investigación del Prof. Qi en OIST y el primer autor del estudio. Además, un recubrimiento más grueso no solo aumentó la estabilidad de las células solares sino que también facilitó los procesos de fabricación, reduciendo así sus costes de producción. "La capa absorbente más gruesa garantiza una buena reproducibilidad de la fabricación de células solares, que es una ventaja clave para la fabricación en masa en un entorno realista a escala industrial, "dice el Dr. Liu.

El gran desafío al que se enfrentan ahora el profesor Qi y su equipo es aumentar el tamaño de su célula solar de nuevo diseño desde el prototipo de 0,1 mm2 hasta grandes paneles de tamaño comercial que pueden tener varios pies de largo. Aquí es donde la industria puede ayudar. "Existe una gran brecha entre los hallazgos en el laboratorio y la realidad, y la industria no siempre está preparada para cubrir toda esta brecha por sí sola. Entonces, los investigadores deben dar un paso más necesario más allá de sus laboratorios y encontrar la industria a mitad de camino, "dice el profesor Qi.

Para dar ese paso El profesor Qi y su equipo recibieron una generosa subvención del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de OIST, bajo su Programa de Prueba de Concepto. Con esa financiación el equipo ha construido un modelo funcional de sus nuevos módulos solares de perovskita que consta de múltiples células solares en sustratos de 5 cm × 5 cm, con un área activa de 12 cm2, mucho más grande que su prototipo experimental pero más pequeña de lo que se requiere para fines comerciales. Aunque el proceso de ampliación ha reducido la eficiencia de las células del 20% al 15%, los investigadores son optimistas de que podrán mejorar su forma de trabajar en los próximos años y comercializar con éxito su uso.