Los materiales llamados perovskitas muestran un gran potencial para una nueva generación de células solares, pero han tenido problemas para ganar terreno en un mercado dominado por células solares basadas en silicio. Ahora, un estudio realizado por investigadores del MIT y otros lugares describe una hoja de ruta sobre cómo esta tecnología prometedora podría pasar del laboratorio a un lugar significativo en el mercado solar global.

El análisis "tecnoeconómico" muestra que, al comenzar con nichos de mercado de mayor valor y expandirse gradualmente, Los fabricantes de paneles solares podrían evitar los costos de capital iniciales muy elevados que se requerirían para hacer que los paneles basados ​​en perovskita fueran directamente competitivos con el silicio para instalaciones a gran escala desde el principio. En lugar de realizar una inversión inicial prohibitivamente cara, de cientos de millones o incluso miles de millones de dólares, para construir una planta para la producción a gran escala, el equipo descubrió que se podría comenzar con aplicaciones más especializadas para una inversión de capital inicial más realista del orden de $ 40 millones.

Los resultados se describen en un artículo de la revista. Joule por el postdoctorado del MIT Ian Mathews, el científico investigador Marius Peters, profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, y otros cinco en el MIT, Wellesley College, y Swift Solar Inc.

Las células solares basadas en perovskitas, una amplia categoría de compuestos caracterizados por una cierta disposición de su estructura molecular, podrían proporcionar mejoras dramáticas en las instalaciones solares. Sus materiales constituyentes son económicos, y podrían fabricarse en un proceso de rollo a rollo como la impresión de un periódico, e impreso en material de soporte ligero y flexible. Esto podría reducir en gran medida los costos asociados con el transporte y la instalación, aunque todavía requieren más trabajo para mejorar su durabilidad. En laboratorios de todo el mundo también se están desarrollando otros materiales prometedores para células solares. pero ninguno ha hecho incursiones en el mercado.

"A lo largo de los años, se han lanzado muchos nuevos materiales y empresas de células solares, "dice Mathews, "y todavía, a pesar de eso, el silicio sigue siendo el material dominante en la industria y lo ha sido durante décadas ".

¿Por qué es ese el caso? "La gente siempre ha dicho que una de las cosas que frena a las nuevas tecnologías es que el gasto de construir grandes fábricas para producir estos sistemas a escala es demasiado, ", dice." Es difícil para una startup cruzar lo que se llama 'el valle de la muerte, 'para recaudar las decenas de millones de dólares necesarios para llegar a la escala en la que esta tecnología podría ser rentable en la industria de la energía solar en general ".

Pero hay una variedad de aplicaciones de células solares más especializadas donde las cualidades especiales de las células solares basadas en perovskita, como su peso ligero, flexibilidad, y potencial de transparencia, proporcionaría una ventaja significativa, Dice Mathews. Al centrarse inicialmente en estos mercados, una empresa solar de nueva creación podría crecer para escalar gradualmente, aprovechando las ganancias de los productos premium para expandir sus capacidades de producción a lo largo del tiempo.

Describiendo la literatura sobre células solares basadas en perovskita que se están desarrollando en varios laboratorios, él dice, "Reclaman costos muy bajos. Pero lo reclaman una vez que su fábrica alcanza una cierta escala. Y yo pensé, Hemos visto esto antes:la gente afirma que un nuevo material fotovoltaico será más barato que todos los demás y mejor que todos los demás. Eso es genial, excepto que necesitamos tener un plan sobre cómo conseguiremos que el material y la tecnología se adapten a escala ".

Como punto de partida, él dice, "Adoptamos el enfoque que en realidad no he visto a nadie más:modelemos el costo de fabricación de estos módulos en función de la escala. Entonces, si solo tiene 10 personas en una fábrica pequeña, ¿A cuánto necesita vender sus paneles solares para ser rentable? Y una vez que alcanzas la escala, ¿Qué tan barato se volverá su producto? "

El análisis confirmó que tratar de saltar directamente al mercado de instalaciones solares en tejados o instalaciones solares a escala de servicios públicos requeriría una inversión de capital inicial muy grande. él dice. Pero "analizamos los precios que la gente podría obtener en Internet de las cosas, o el mercado de la energía fotovoltaica integrada en edificios. La gente suele pagar un precio más alto en estos mercados porque son un producto más especializado. Pagarán un poco más si su producto es flexible o si el módulo encaja en la envolvente de un edificio ". Otros nichos de mercado potenciales incluyen dispositivos microelectrónicos autoamplificados.

Tales aplicaciones harían factible la entrada al mercado sin necesidad de inversiones masivas de capital. "Si haces eso, la cantidad que necesita para invertir en su empresa es mucho, mucho menos, del orden de unos pocos millones de dólares en lugar de decenas o cientos de millones de dólares, y que le permite desarrollar más rápidamente una empresa rentable, " él dice.

"Es una forma de que prueben su tecnología, tanto técnicamente como construyendo y vendiendo un producto y asegurándose de que sobreviva en el campo, "Mathews dice, "y también, sólo para demostrar que puede fabricar a un precio determinado ".

Ya, Hay un puñado de empresas emergentes que trabajan para intentar llevar al mercado las células solares de perovskita. señala, aunque ninguno de ellos tiene todavía un producto real a la venta. Las empresas han adoptado diferentes enfoques, y algunos parecen embarcarse en el tipo de enfoque de crecimiento paso a paso descrito en esta investigación, él dice. "Probablemente la empresa que ha recaudado más dinero es una empresa llamada Oxford PV, y están mirando celdas en tándem, "que incorporan células de silicio y perovskita para mejorar la eficiencia general. Otra empresa es la iniciada por Joel Jean Ph.D. '17 (quien también es coautor de este artículo) y otros, llamado Swift Solar, que está trabajando en perovskitas flexibles. Y hay una empresa llamada Saule Technologies, trabajando en perovskitas imprimibles.

Mathews dice que el tipo de análisis tecnoeconómico que el equipo utilizó en su estudio podría aplicarse a una amplia variedad de otras tecnologías nuevas relacionadas con la energía, incluidas las baterías recargables y otros sistemas de almacenamiento, u otros tipos de nuevos materiales de células solares.

"Hay muchos artículos científicos y estudios académicos que analizan cuánto costará fabricar una tecnología una vez que esté a escala, ", dice." Pero muy pocas personas realmente miran cuánto cuesta a una escala muy pequeña, y ¿cuáles son los factores que afectan las economías de escala? Y creo que eso se puede hacer con muchas tecnologías, y nos ayudaría a acelerar la forma en que llevamos las innovaciones del laboratorio al mercado ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.