Energía Fotovoltaica

Como sabréis, la energía fotovoltaica es una de las llamadas energías alternativas, la cual tiene hueco también en masscience. El uso de de esta alternativa energética es cada vez más popular, véase en viviendas familiares, edificios de oficinas e instalaciones industriales. Se produce de forma masiva en los llamados huertos solares, provistos de placas fotovoltaicas gigantes con sus correspondientes conexiones a la red eléctrica general.

Silicio

El material responsable de la producción de esta energía alternativa es el Si cristalino. Éste queda a la vista, dispuesto sobre placas como se muestra en la Imagen 1. Aunque a priori estas placas pudiesen parecer antiestéticas, dan apariencia de modernidad y además simbolizan, de alguna manera, el apoyo a la sostenibilidad.

Imagen 1. Imagen de vivienda situada en Renania del Norte–Westaflia (Alemania), proporcionada por www.trotania.com

La producción de energía mediante placas fotovoltaica se  basa en la generación de una corriente de electrones que surgen de la excitación de los átomos de silicio (Si). Átomos de Si que se ecuentran ordenadamente dispuestos sobre la placa. Para llegar hasta el punto en el que nos encontramos hoy, donde dichas placas forman parte de nuestro paisaje, se ha investigado a lo largo de muchos años. Podríamos decir que se investiga en este campo desde la segunda mitad del siglo XIX aproximadamente. Sin embargo, queda todavía camino por recorrer en cuanto a mejoras.  Entre otras podemos citar las mejoras de eficiencia y procesabilidad.

Aunque la generación de energía fotovoltaica a partir del Si ha evolucionado a lo largo de los años, las investigaciones en este campo no han dejado de valorar y evaluar otros posibles materiales. Materiales que permitiesen dar un salto cuantitativo en eficiencia y procesabilidad de las placas fotovoltaicas. Así, sería posible  disminuir su coste, para hacer de la energía fotovoltaica una energía de uso masivo e indiscriminado, lo que en los últimos años se conocen como democratización.

Perovskita

Así, ya podemos hablar de la energía fotovoltaica un paso más allá. Ya no es el Si el único que nos puede proveer de esta energía en un futuro cercano. Existe un fuerte competidor, la Perovskita. Debemos ya, hacer referencia a las células solares de película fina basadas en Perovskita. En cuanto a su comercialización, las placas solares basadas en este material son las que más atención está recibiendo.

Cuando hablamos de Perovskita, nos referimos a cualquier compuesto con la misma estructura que el mineral CaTiO3. Es decir, se trataría de cualquier compuesto que tuviese la misma estructura cristalina que la primera Perovskita descubierta CaTiO3 (Imagen 2). Para las células fotovoltaicas de Pervoskita, se utilizan Perovskitas sintetizadas a partir de diferentes métodos, entre ellas las que contienen plomo (Pb).

 

Imagen 2. Estructura de Perovskita donde A representa un catión monovalente, B un catión Pb(II) or Sn (II), y X es un anión de Cl, Br o I (Ref. 1)

Células de Película Fina

Este concepto de células solares de película fina basadas en Perovskita presentan ventajas en coste. Esto se debe a su relativa alta eficiencia y fácil aplicación. Además, cabe destacar su flexibilidad. Es esta última característica la que haría posible su adaptación a diversas superficies. Por otra parte, al contrario que el Si, la Perovskita permite su aplicación no sólo en forma de sólido sino también en forma de líquido. Esto también es ventajoso a la hora construir soportes que presentan ángulos (pensemos en una esquina por ejemplo), cubriendo un abanico más amplio de superficies. Eso sí, también tiene inconvenientes, entre ellos su posible toxicidad. Esto se relaciona con la presencia de Pb y su corto tiempo de vida comparado con las placas de Si.

Por ello, las investigaciones siguen en torno a este material focalizándose en su ventajoso procesado, pero evitando sustancias tóxicas.

En general, aunque las células de película fina de Perovskita son la tendencia número 1, dentro de la llamada tercera generación de tecnología fotovoltaica se encuentran otras opciones, y seguiremos hablando de ello en próximos posts.

Referencias:

  1. Nevena Marinova, Silvia Valero, Juan Luis Delgado; Organic and perovskite solar cells: Working principles, materials and interfaces; Journal of Colloid and Interface Science, Vol. 488, 2017, 373-389, ISSN 0021-9797, https://doi.org/10.1016/j.jcis.2016.11.021.
  2. https://www.perovskite-info.com/perovskite-solar
  3. Yangang Liang, Yangyi Yao, Xiaohang Zhang, Wei-Lun Hsu, Yunhui Gong, Jongmoon Shin, Eric D. Wachsman, Mario Dagenais, Ichiro Takeuchi; AIP Advances, Vol. 6, 015001 (2016), https://doi.org/10.1063/1.4939621
  4. https://engineering.nyu.edu/news/researchers-solve-major-challenge-mass-production-low-cost-solar-cells

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