La energia solar es el futuro del planeta. El precio cada vez más accesibe de las placas solares en España, con modelos más flexibles y versátiles, como los que se pueden poner en balcones o los que se colocan como pegatinas en cualquier superficie, se une a su bajo mantenimiento y a su generación de energía totalmente limpia. El problema, también en España, es que las células solares actuales son muy poco eficientes, con un promedio de un 15% de conversión de la radiación solar en electricidad.
Ese déficit energético, que implica utilizar más superficie y, por tanto, más inversión, está a punto de acabar. Y no tanto por alternativas como las baterías termofotovoltaicas, como la que ganó recientemente el premio al invento europeo del año, o el invento español que enfría las placas para aumentar su eficiencia. La clave está en los materiales con los que se construyen las células destinadas a captar la radiación solar, que están viviendo una auténtica revolución.
Uno de los materiales más prometedores es la perovskita, un mineral mezcla de titanio y calcio que por sus propiedades se ha convertido en la gran esperanza de los expertos en energía solar. Científicos de la institución alemana Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), especializada en nuevos materiales, han conseguido batir el récord de eficiencia gracias a una placa en tándem de perovskita y silicio, que ha alcanzado un 32,5% de eficiencia, más del doble de lo habitual. Las placas de alta eficiencia conocidas hasta ahora llegaban a un 23%, por eso este nuevo avance es tan importante.
Cómo funciona
"Se trata de un gran avance que no habíamos previsto hace unos meses", afirmó Steve Albrecht, profesor de la Universidad Técnica de Berlín y el HZB, en un comunicado de prensa. "Todos los equipos implicados en HZB, especialmente el Centro de Competencia FV (PVComB) y los equipos del laboratorio de innovación HySPRINT, han trabajado juntos con éxito y pasión".
Para rubricar su logro, el instituto certificador European Solar Test Installation (ESTI) de Italia midió la eficiencia de la célula y confirmó oficialmente las cifras obtenidas. Es algo que también figura en la tabla NREL de tecnologías de células solares, dependiente del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos.
Las capas que componen la placa solar en tándem
La clave, según sus responsables, es la composición avanzada de perovskita con la interfaz modificada. Los ingenieros Silvia Mariotti y Eike Köhnen, a las órdenes de Albrecht, lograron reducir las pérdidas de eficiencia y aplicaron un análisis detallado para comprender las propiedades específicas del material.
Posteriormente, ese análisis sirvió para elaborar estas células solares en tándem, que se combinaron con otras con mejores ópticas para conseguir resultados sorprendentes. En conjunto, las modificaciones permitieron alcanzar mayores fotovoltajes, necesarios para aumentar la eficiencia.
[El prometedor material que convierte en un panel solar ultraeficiente cualquier superficie]
Para lograrlo, se superponen las dos células: la superior, de perovskita, puede utilizar componentes de luz azul, mientras la inferior convierte los componentes rojo e infrarrojo cercano, lo que cubre la mayor parte del espectro. Las capas finas superpuestas entre ambas ayudan a aprovechar la luz de forma óptima y a minimizar cualquier pérdida eléctrica.
Eso fue lo que permitió este nuevo récord de eficiencia que se creía inalcanzable. "Estamos entusiasmados con el nuevo valor, ya que demuestra que la tecnología de perovskita y silicio en tándem es muy prometedora para contribuir a un suministro de energía sostenible", sostiene Albrecht.
Las placas de HZB que batieron el primer récord
La tercera marca en el podio, también en manos de HZB, estaba situada en el 29,8%, lograda gracias a las nanotexturas periódicas hace ahora un año. Este récord fue superado este verano por científicos de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausana (Suiza), que lograron un 31,3% con otra célula en tándem.
Otros logros recientes
La perovskita se considera uno de los materiales más prometedores para continuar con la revolución de la energía solar, pero no es el único. Otro que está atrayendo mucha atención por parte de los expertos es el denominado como CIGS. Su gran estabilidad termoquímica permitiría la creación de células fotovoltaicas muy finas y bifaciales (capaces de generar energía por ambos lados), aunque hasta hace poco seguían teniendo el hándicap de su eficiencia, muy baja en entornos reales fuera de laboratorio.
Un equipo de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de Materiales, la Universidad Nacional Tsing Hua y la Universidad de Cantabria tiene la respuesta: han ideado una estrategia para aumentar la eficiencia de estas placas utilizando un proceso a baja temperatura. Este serviría para añadir plata entre la capa de CIGS y un óxido conductor transparente, multiplicando su eficiencia.
Célula solar flexible del MIT
Para demostrar el potencial de este proceso, los investigadores lo utilizaron para crear varias células y luego evaluaron su rendimiento en un entorno experimental. Las pruebas iniciales arrojaron resultados muy prometedores, con eficiencias de conversión de energía notablemente altas, cercanas al 30% sumando ambos lados.
Otro de los descubrimientos más recientes es el de unas placas solares tan finas como el papel que se 'imprimen' para poder convertir cualquier superficie en un generador de energía. Se trata de un proyecto desarrollado por el MIT, que utiliza nanomateriales en forma de tintas electrónicas imprimibles. La estructura de la celda solar se recubre utilizando una matriz ranurada que deposita capas de los materiales electrónicos en un sustrato que tiene solo 3 micrones de espesor.
La célula solar y el tejido forman un equipo ultraligero, pero al mismo tiempo robusto, capaz de plegarse más de 500 veces conservando el 90% de sus cualidades. De esta forma, es posible recoger luz en movimiento o trasladar el equipo facilmente allí donde se necesita, ya sea una tienda de campaña, las velas de un barco o cualquier superficie que se pueda cubrir con esta tela, capaz de generar 18 veces más energía por kilogramo que las placas tradicionales de silicio.