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Células solares de perovskita en tándem

SWIFT SOLAR

Cambio Climático

La carrera por comercializar la tecnología solar de perovskita en tándem

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Las empresas afirman que faltan pocos años para que las células solares de perovskita en tándem alcancen eficiencias récord.

  • por Emma Foehringer Merchant | traducido por
  • 17 Enero, 2024

En el laboratorio de Swift Solar, más de una docena de pares de guantes de goma flotan horizontalmente en el aire, inflados como brazos. Los guantes están animados por nitrógeno gaseoso y sobresalen de unos receptáculos con paredes de cristal que llegan hasta la cintura, diseñados para mantener secos y herméticos los espacios de trabajo y proteger los delicados materiales solares que contienen.

En un rincón, el técnico Roger Thompson introduce las manos en un par y empieza a encajar pequeñas placas de vidrio en una plancha metálica. Pronto, una cinta transportadora llevará la plancha detrás de una puerta de metal, donde la "magia de la caja negra", como la llama Joel Jean, director general de Swift, añadirá un revestimiento químico diseñado para conducir la corriente eléctrica.

Swift, que opera estas instalaciones en un tranquilo barrio industrial de Silicon Valley, forma parte de un creciente grupo de empresas que experimentan con tecnología solar de nueva generación. La start-up se apresura a producir células solares comercialmente viables que recubren el silicio tradicional con materiales llamados perovskitas.

El apilamiento de estos dos materiales, que absorben distintas longitudes de onda de la luz solar, permite a los paneles solares alcanzar mayores eficiencias y producir más electricidad por panel. Esto significa que las células solares de perovskita en tándem podrían reducir costes y aumentar la cantidad de electricidad renovable en la red.

La promesa es importante. Pero las empresas y los científicos llevan más de una década experimentando con esta tecnología sin que se haya producido ninguna implantación comercial. Como material solar, las perovskitas son volubles: sensibles al agua, el calor y la luz. Y algunos investigadores advierten de que el tiempo se acaba.

"Tengo la sensación de que, si en los próximos dos o tres años no hay productos de perovskita, el mercado podría perder la confianza en esta tecnología", afirma Bin Chen, profesor adjunto de investigación especializado en tecnología de perovskita de la Universidad Northwestern.

Los investigadores y las empresas emergentes, como Swift, trabajan febrilmente para desarrollar esos productos, animados por los recientes avances en la fabricación de perovskitas más duraderas. En los últimos meses, algunas de las mayores empresas solares del mundo también han dado un voto de confianza a esta tecnología, invirtiendo en líneas piloto de fabricación o comprando start-ups de perovskita.

Ahora, estas empresas deben demostrar que pueden superar los problemas que han afectado a las perovskitas durante años y producir millones de paneles con una eficiencia récord.

A hombros del silicio

La clave del éxito de las perovskitas, creen muchas de estas empresas, será integrarlas con tecnologías solares de eficacia probada, lo que podría dar a las perovskitas parte de su estabilidad y de la confianza que tanto les ha costado ganar en el mercado.

"El principal punto de entrada de las perovskitas en el mercado es, literalmente, el silicio", afirma Barry Rand, profesor de ingeniería eléctrica e informática de la Universidad de Princeton.

En la actualidad, más del 90% de los paneles solares que se venden en el mundo están fabricados con silicio cristalino. Décadas de experiencia con esa tecnología hacen que los promotores sepan cómo planificar proyectos basados en ella y que los financieros sepan cómo fijar el precio de las inversiones en proyectos que la utilizan.

Aplicar perovskita a estos paneles podría dar a las empresas solares una ventaja en un sector muy competitivo. "Si se consigue un módulo solar mejor, se ganará dinero", afirma Jenny Chase, analista de energía solar del servicio de investigación BloombergNEF. "La idea es hacer algo que sea más barato de fabricar por vatio y luego venderlo a un precio superior porque tendrá una eficiencia bastante alta".

Es más fácil decirlo que hacerlo. Las perovskitas, que se componen de haluros metálicos y comparten una estructura cristalina única, se enfrentan a dos grandes retos: aumentar la durabilidad y escalar la producción. Las perovskitas pueden reaccionar con el oxígeno del aire o degradarse cuando se exponen a la luz, un gran problema para un producto solar.

Para fabricar células solares de perovksita en tándem con estructuras más estables, las empresas planean colocar capas de perovskita sobre otras células solares, mediante evaporación, impresión (como tinta en un periódico) e incluso "spin-coating", una técnica que se parece al spin art de los años 90. Cambiar la composición de la capa de perovskita también podría ayudar a que duraren más.

Chen y Rand colaboran en dos proyectos recientemente financiados con millones de dólares del Departamento de Energía de EE UU para probar configuraciones de perovskita-silicio que sean más duraderas y rápidas de comercializar. También participan universidades, varias empresas de perovskita (entre ellas Swift) y el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos. 

Energía duradera

Rand, cuyo equipo en Princeton estudia cómo evitar que las perovskitas se degraden, afirma que este campo ha avanzado mucho en los últimos siete años. Los paneles actuales están mejor encapsulados para evitar la entrada de agua. Según él, ahora se trata simplemente de un juego de eliminación: determinar qué componentes químicos de una célula tienen más probabilidades de reaccionar e intercambiarlos por otros. Pero no cree que la experimentación deba frenar su comercialización.

"Creo que los resultados son lo bastante prometedores como para hacer esas inversiones", afirma. "Pero no hay que pensar que ya está todo hecho. Aún quedan muchos avances por hacer, sobre todo en lo relativo a la estabilidad".

Tomas Leijtens, cofundador y director tecnológico de Swift, afirma que la empresa ya puede exponer sus células a temperaturas de hasta 70 °C mientras funcionan a la luz sin que se degraden. "Eso era algo impensable hace cinco años", afirma sentado ante una mesa adornada con un modelo de perovskita de color rosa intenso.

Pero la industria debe asegurarse de que cada célula sea así de duradera. En todo el mundo, las empresas fabrican cientos de millones de paneles solares al año, cada uno de los cuales contiene docenas de células. Antes de que se utilicen en proyectos, los paneles deben superar rigurosas pruebas industriales, como soportar cambios rápidos de temperatura, humedad y granizo. Swift, fundada en 2017, aún no ha iniciado pruebas independientes; por ahora está sometiendo sus células a algunas de esas condiciones en su propio laboratorio y cuenta con un panel conectado en su tejado.

Start-ups como Swift y Oxford PV —empresa británica surgida de un laboratorio de investigación universitario en el que trabajaron algunos de los fundadores de Swift— están trabajando junto a las mayores empresas del sector para comercializar tándems. Oxford PV afirma que empezará a suministrar paneles solares de perovksita en tándem a sus clientes a finales de este año. En mayo, First Solar, con sede en Arizona, el mayor fabricante solar de Estados Unidos, compró una empresa europea de perovskita llamada Evolar.

En un comunicado sobre la adquisición de Evolar, el consejero delegado de First Solar, Mark Widmar, afirmó que la empresa cree que "los módulos fotovoltaicos en tándem de alta eficiencia definirán el futuro". Apenas unos días después, Hanwha Q Cells, con sede en Corea, otro de los principales fabricantes, dijo que estaba invirtiendo 100 millones de dólares (unos 91, 96 millones de euros) para establecer una línea piloto de perovskita en tándem. En 2022, Q Cells ayudó a poner en marcha Pepperoni, una colaboración europea para hacer avanzar los tándems.

primer plano de un trabajador con un traje limpio cargando una celda en tándem en un soporte
Oxford PV planea comenzar a enviar sus células solares en tándem este año. DAVID MALCOM/OXFORD PV

Los investigadores que trabajan con perovskitas afirman que las células comerciales en tándem podrían tardar años, no décadas. Jean afirma que Swift espera tener un producto listo para comercializar dentro de cuatro años. Los incentivos de la Ley de Reducción de la Inflación, que incluía créditos para productos de energía limpia fabricados en Estados Unidos, deberían ayudar.

Pero, igual que partidarios, la perovskita tiene escépticos. Chase afirma que los paneles de silicio actuales ya son suficientemente buenos para ayudar al mundo en la transición a la energía limpia y luchar contra el cambio climático. Hace tiempo que cuestiona la capacidad de la perovskita para cambiar el statu quo de la industria solar: "No se puede crear una tecnología de semiconductores por inercia", afirma. "Necesitas que la tecnología funcione".

Sin embargo, dada la cantidad de energía solar que se necesitará para descarbonizar la red, los partidarios de la perovskita afirman que cada pizca de eficiencia añadida será importante.

"Es cierto que el silicio es excelente, pero los tándems son mejores", afirma Leijtens. "En la lucha contra el cambio climático, tenemos que acelerar, no limitarnos a decir: 'Oh, esto es lo suficientemente bueno, ya hemos terminado'. Todo se puede seguir mejorando".

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