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Los paneles solares están llegando a sus límites. Estos cristales pueden cambiar eso.

Cuando la administración Biden anunció a fines de marzo Una iniciativa de $ 128 millones Para mejorar los costos de la energía solar, una gran parte de los fondos se ha asignado a la investigación de materiales que llevan el nombre de un geólogo y misterioso noble ruso del siglo XIX: Lev Perovsky.

Entre los proyectos enumerados: $ 40 millones para la investigación y el desarrollo de las llamadas perovskitas que los científicos utilizan para superar los límites de la eficiencia y adaptabilidad de las células solares.

Y aunque las perovskitas no son nada nuevo, se encontraron por primera vez en los Urales rusos en 1839 y son relativamente comunes, sus aplicaciones recientes en tecnología solar han generado la esperanza de que los humanos las utilicen mejor para aprovechar los miles de megavatios de energía del sol. que cae al suelo cada hora.

“Creo que las perovskitas son una de las oportunidades más emocionantes para las células solares en el futuro cercano”, dijo David Mitzi, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Universidad de Duke, quien ha estudiado materiales desde la década de 1990.

Mitzi dijo que cualquier nueva tecnología de energía solar debe competir con las células solares de silicio, una tecnología bien establecida en uso durante más de 50 años. Pero las perovskitas tienen el potencial de aumentar la eficiencia de las células de silicio y quizás competir directamente con ellas: “Creo que definitivamente hay oportunidades”.

La eficiencia es solo una de las características. Las células de perovskita se pueden fabricar fácilmente en una variedad de materiales generadores y a temperaturas mucho más bajas, y por lo tanto potencialmente más baratas, que las células de silicio. Pero la estabilidad y durabilidad de las células de perovskita deben abordarse antes de que el silicio pueda reemplazarse por completo.

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Los científicos ahora han descubierto una clase completa de perovskitas que comparten una estructura específica, incluidas tres sustancias químicas diferentes dentro de una forma cúbica cristalina. Hace años se dieron cuenta de que algunas perovskitas eran semiconductores, como el silicio utilizado en la electrónica. Pero fue solo en 2009 que los investigadores descubrieron que las perovskitas también podrían usarse para construir células solares, que convierten la luz solar en electricidad utilizable.

Las primeras células de perovskita tenían una eficiencia muy baja, por lo que la mayor parte de la luz solar que caía sobre ellas no se utilizó. Pero mejoraron rápidamente.

“La eficiencia con la que las células solares que contienen perovskitas convierten la luz solar en electrones ha aumentado a un ritmo realmente sorprendente, hasta el punto de que las eficiencias están ahora cerca de las de las células solares de silicio en el laboratorio”, dijo el profesor universitario Lin Lu. Ingeniería Química de la Universidad de Princeton y Director Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente. “Por eso estamos tan entusiasmados con esta clase de material”.

Las células solares de perovskita también se pueden fabricar con relativa facilidad, a diferencia de las células de silicio, que deben refinarse a temperaturas muy altas y, por lo tanto, requieren mucha energía para fabricarlas. Las perovskitas se pueden fabricar como láminas delgadas a bajas temperaturas o como tintas que pueden “imprimirse” eficazmente en sustratos para otros materiales, como rollos flexibles de plástico.

Esto puede llevar a que se utilicen en superficies donde las células solares de silicio no son prácticas, como las partes exteriores de automóviles o camiones; O pueden estar impresos en tela para alimentar dispositivos electrónicos portátiles. Otra posibilidad es colocar películas delgadas de perovskita en los alféizares de las ventanas, permitiendo que pase la mayor parte de la luz mientras parte de ella se utiliza para generar electricidad.

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Pero uno de los usos más prometedores de las células de perovskita es combinarlas con células de silicio para que utilicen más energía del sol que el silicio solo. Las mejores células de silicio se acercan a su máxima eficiencia teórica de alrededor del 29 por ciento. Pero las perovskitas se pueden ajustar para generar electricidad a partir de longitudes de onda de luz que las células de silicio no utilizan, por lo que cubrir las células solares de silicio con películas semitransparentes de células de perovskita puede superar este límite básico.

El físico de Oxford Henry Snaith, un investigador líder en células solares de perovskita, ve esto como una forma de combinar el dominio industrial del silicio con las ventajas tecnológicas de la perovskita. Él cree que las células “en tándem” de silicio y perovskita con eficiencias de más del 40 por ciento podrían desplegarse comercialmente dentro de 10 años, y pronto podrían ser seguidas por células multicapa con eficiencias de más del 50 por ciento.

El potencial de los paneles solares de perovskita ha atraído el interés del gobierno, tanto aquí como en el extranjero. Además de crear nuevas oportunidades comerciales para las empresas estadounidenses, las perovskitas podrían convertirse en una forma relativamente económica de que la energía solar desafíe a los combustibles fósiles para generar electricidad. El físico Joe Berry, quien dirige la investigación en perovskitas solares, dijo Laboratorio Nacional de Energías Renovables En Golden, Colorado.

Sin embargo, las células solares de perovskita todavía enfrentan problemas, y el más importante de ellos es la estabilidad. Las células de perovskita también se descomponen rápidamente debido a la humedad y el calor, en parte porque son fáciles de fabricar. Snaith dijo que algunas células experimentales de perovskita se habían mantenido estables durante decenas de miles de horas, pero que tenían un largo camino por recorrer para cumplir los 25 o 30 años de uso de células de silicio.

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Algunas perovskitas prometedoras para la energía solar también incluyen plomo, que puede liberarse al medio ambiente cuando las células de perovskita se degradan. Los investigadores están estudiando alternativas a las perovskitas que contienen plomo, como las perovskitas a base de estaño y estructuras cristalinas similares que contienen otros materiales más seguros.

“Creo que hay algunos desafíos por delante”, dijo Luo. “Si, y si [perovskites] Usted jugará un papel importante dependiendo de si podemos superar estos desafíos “.