La energía solar está considerada una de las fuentes de energía más limpias y abundantes. A lo largo de los años, investigadores y científicos han trabajado sin descanso en la mejora de las tecnologías de conversión de la energía solar para hacerlas más eficientes, rentables y sostenibles. Uno de los últimos avances en la conversión de la energía solar ha sido el descubrimiento de las perovskitas y sus propiedades únicas.

Las perovskitas y sus propiedades únicas

Las perovskitas han causado sensación en la comunidad científica, especialmente en el campo de la energía solar. Sus propiedades únicas las convierten en una alternativa prometedora a las células solares de silicio tradicionales. Antes de profundizar en las ventajas de las perovskitas en la energía solar, entendamos primero qué son las perovskitas y su estructura cristalina.

¿Qué son las perovskitas?

Las perovskitas son un tipo de mineral que se descubrió por primera vez en los Montes Urales de Rusia a principios del siglo XIX. El mineral debe su nombre a Lev Perovski, un mineralogista ruso que lo identificó por primera vez. Desde entonces, los científicos han estudiado a fondo estos minerales y han descubierto sus propiedades únicas.

Las perovskitas son un grupo de materiales que tienen la misma estructura cristalina que el mineral perovskita. Su fórmula química general es ABX3, donde A y B son cationes y X es un anión. En las perovskitas, el catión A suele ser un metal alcalino o alcalinotérreo, el catión B suele ser un metal de transición y el anión X suele ser oxígeno.

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La estructura cristalina de las perovskitas

La estructura cristalina de las perovskitas consiste en una combinación de cationes metálicos, átomos de oxígeno y haluros como el yodo o el bromo. Esta disposición única de los átomos confiere a las perovskitas sus propiedades únicas, como una gran capacidad de absorción de luz y una elevada movilidad de los portadores de carga.

La estructura cristalina de las perovskitas puede visualizarse como una red tridimensional de octaedros BX6 que comparten esquinas, con los cationes A situados en los huecos entre los octaedros. Los octaedros están distorsionados, lo que da lugar a las propiedades únicas de las perovskitas.

Principales ventajas de las perovskitas en la energía solar

Las propiedades únicas de las perovskitas las convierten en una alternativa prometedora a las células solares tradicionales de silicio. Algunas de las ventajas de las perovskitas en la energía solar son:

• Alta capacidad de absorción de luz: Las perovskitas tienen una gran capacidad de absorción de luz, lo que significa que pueden absorber más luz solar que las células solares tradicionales.
• Bajo coste de fabricación: Las perovskitas pueden fabricarse con materiales y procesos de bajo coste, lo que las hace más baratas de producir que las células solares tradicionales.
• Capacidad para depositarse en sustratos flexibles: Las perovskitas pueden depositarse sobre sustratos flexibles, lo que las hace ideales para su uso en células solares flexibles y otras aplicaciones.
• Alta eficiencia de conversión de energía: Las perovskitas tienen una alta eficiencia de conversión de energía, lo que significa que pueden convertir un mayor porcentaje de luz solar en electricidad que las células solares tradicionales.

La perovskita sigue siendo una tecnología relativamente nueva, y hay que superar algunos retos antes de que pueda adoptarse de forma generalizada. Por ejemplo, las perovskitas no son tan estables como las células solares tradicionales y pueden degradarse con el tiempo si se exponen a la humedad y el calor. Sin embargo, los investigadores están trabajando en el desarrollo de perovskitas más estables que puedan soportar condiciones ambientales adversas.

Evolución de las tecnologías de conversión de la energía solar

Las tecnologías de conversión de la energía solar han avanzado mucho desde el descubrimiento del efecto fotovoltaico a finales del siglo XIX. El efecto fotovoltaico fue observado por primera vez por el físico francés Alexandre-Edmond Becquerel en 1839, pero no fue hasta la década de 1950 cuando los científicos empezaron a desarrollar aplicaciones prácticas para él.

A lo largo de los años, los investigadores han desarrollado varios tipos de células solares, cada una con sus ventajas y limitaciones. Algunas de las células solares más utilizadas son:

Células solares de silicio tradicionales

Las células solares de silicio tradicionales son el tipo de célula solar más utilizado en aplicaciones comerciales. Son conocidas por su alta eficiencia, durabilidad y larga vida útil. Las células solares de silicio funcionan absorbiendo fotones del sol y convirtiéndolos en electricidad. El proceso se conoce como efecto fotovoltaico.

Sin embargo, su elevado coste de fabricación y el hecho de que sean rígidas y pesadas limitan su adopción generalizada. Además, las células solares de silicio son sensibles a las altas temperaturas y al sombreado, lo que puede reducir su eficiencia.

Células solares de capa fina

Las células solares de capa fina se fabrican depositando una fina capa de material semiconductor sobre un sustrato. Son mucho más ligeras y flexibles que las células solares de silicio y pueden fabricarse a menor coste. Las células solares de capa fina pueden fabricarse con distintos materiales, como silicio amorfo, teluro de cadmio y seleniuro de cobre, indio y galio.

Sin embargo, su eficiencia es inferior a la de las células solares de silicio tradicionales y pueden degradarse rápidamente. Además, son más sensibles a las altas temperaturas y al sombreado que las células solares de silicio.

La aparición de las células solares de perovskita

Las células solares de perovskita son un tipo relativamente nuevo de célula solar que ha llamado la atención de los investigadores por su alta eficiencia y bajo coste de fabricación. Las células solares de perovskita se fabrican depositando una capa de material de perovskita sobre un sustrato, que puede ser flexible y ligero.

Las células solares de perovskita tienen potencial para ser más eficientes que las tradicionales de silicio, y algunos grupos de investigación hablan de eficiencias superiores al 25%. Las células solares de perovskita también son más baratas de fabricar que las de silicio, ya que pueden obtenerse mediante técnicas sencillas de procesamiento en disolución.

Sin embargo, las células solares de perovskita aún se encuentran en las primeras fases de desarrollo, y los investigadores trabajan para mejorar su estabilidad y durabilidad. Las células solares de perovskita también son sensibles a la humedad y pueden degradarse rápidamente si no se protegen.

Cómo funcionan las células solares de perovskita

Las células solares de perovskita son una tecnología prometedora en el campo de las energías renovables. Funcionan según el principio del efecto fotovoltaico, que consiste en convertir la luz en energía eléctrica. Este proceso es posible gracias a las propiedades únicas de las perovskitas.

Las perovskitas son una clase de materiales que tienen una estructura cristalina similar a la del mineral perovskita. Son conocidas por sus excelentes propiedades de absorción de la luz y su elevada fotoconductividad, lo que las hace ideales para su uso en células solares.

Estructura básica de una célula solar de perovskita

Una célula solar de perovskita típica tiene una estructura tipo sándwich formada por varias capas. La primera capa es un electrodo transparente, normalmente de óxido de indio y estaño. Esta capa permite que la luz la atraviese y llegue a la capa de perovskita.

La capa de perovskita es el corazón de la célula solar. Se encarga de absorber la luz y crear un par electrón-hueco. A continuación, el par electrón-hueco es separado por el campo eléctrico creado por las distintas capas de la célula solar.

La capa de transporte de electrones es la siguiente capa de la célula solar. Su función es transportar los electrones hasta el electrodo de contacto, donde pueden ser recogidos y utilizados para generar energía eléctrica.

La última capa es el electrodo de contacto, que se encarga de recoger los electrones y transferirlos a un circuito externo. Aquí es donde se genera y utiliza la energía eléctrica.

El papel de las perovskitas en la absorción de la luz

Una de las funciones más críticas de las perovskitas en la energía solar es su capacidad para absorber una amplia gama de longitudes de onda de la luz. Esta propiedad se debe a la estructura cristalina de las perovskitas, que les permite absorber la luz con eficacia. Esto se traduce en una elevada eficiencia de conversión de luz en energía, lo que convierte a las células solares de perovskita en una de las tecnologías más prometedoras para las energías renovables.

Separación y transporte de cargas en células solares de perovskita

Cuando la capa de perovskita absorbe la luz, se crea un par electrón-hueco. El campo eléctrico creado por las distintas capas de la célula solar separa el electrón y el hueco. A continuación, los electrones viajan a través de la capa de transporte de electrones, creando un flujo de corriente eléctrica.

El flujo de corriente eléctrica generado por la célula solar de perovskita puede utilizarse para alimentar dispositivos electrónicos o almacenarse en baterías para su uso posterior. Esto convierte a las células solares de perovskita en una excelente opción para fuentes de energía renovables que pueden alimentar hogares, empresas e incluso ciudades enteras.

Avances en la eficiencia de las células solares de perovskita

A pesar de sus numerosas ventajas, las células solares de perovskita se enfrentan a retos como problemas de estabilidad y baja durabilidad. Los investigadores se han esforzado por resolver estos problemas y mejorar su eficiencia.

Superar los problemas de estabilidad

Uno de los retos más importantes a los que se enfrentan las células solares de perovskita es su escasa estabilidad, especialmente en condiciones ambientales adversas. Sin embargo, los investigadores han logrado avances significativos en la mejora de su estabilidad mediante la introducción de aditivos, materiales de encapsulación y otras capas protectoras.

Mejorar la absorción de la luz y el transporte de cargas

Los investigadores también se han dedicado a mejorar la capacidad de absorción de luz y la movilidad de los portadores de carga de las células solares de perovskita para aumentar su eficiencia. Algunas de las técnicas empleadas son la introducción de nuevos materiales y la optimización del grosor y la composición de las capas de la célula solar.

Células solares en tándem: Combinación de perovskitas y silicio

Uno de los enfoques más prometedores para mejorar la eficiencia de las células solares de perovskita es combinarlas con las tradicionales células solares de silicio. Las células solares en tándem que combinan perovskitas y silicio pueden alcanzar una eficiencia mucho mayor que cualquiera de las células por separado.

Conclusión

Las perovskitas son muy prometedoras para revolucionar las tecnologías de conversión de la energía solar por sus propiedades únicas y su bajo coste de fabricación. Los investigadores trabajan continuamente para mejorar su eficiencia y estabilidad, lo que las convierte en una prometedora alternativa a las células solares de silicio tradicionales.