La forma más asequible y eficiente de aprovechar la fuente de energía renovable más limpia y abundante del mundo está un paso más cerca de la realidad.
El físico de la Universidad de Toledo que empuja el rendimiento de las células solares a niveles nunca antes alcanzados hizo un gran avance en la fórmula química y el proceso para fabricar el nuevo material.
Trabajando en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Universidad de Colorado, el Dr. Yanfa Yan, profesor de física de UToledo, prevé que el material de altísima eficiencia llamado célula solar perovskita tándem estará listo para debutar en el mercado de consumo en un futuro próximo en paneles solares de tamaño completo.
Las perovskitas, materiales compuestos con una estructura cristalina especial formada a través de la química, reemplazarían al silicio, que por ahora sigue siendo el material de célula solar elegido para convertir la luz del sol en energía eléctrica.
«Estamos produciendo células solares de mayor eficiencia y menor costo que son muy prometedoras para ayudar a resolver la crisis energética mundial», dijo Yan. «El trabajo significativo ayudará a proteger nuestro planeta para nuestros hijos y las generaciones futuras. Tenemos un problema consumiendo la mayoría de las energías fósiles en este momento, y nuestro equipo de colaboración se centra en refinar nuestra forma innovadora de limpiar el desorden».
El nuevo trabajo de investigación, que se publica en la revista Science, describe cómo el equipo fotovoltaico está afinando una mezcla de plomo y estaño para acercar la tecnología a su máxima eficiencia. Actualmente, los esfuerzos han llevado la eficiencia de la nueva célula solar a alrededor del 23 por ciento. En comparación, los paneles solares de silicio en el mercado hoy en día tienen alrededor de un 18 por ciento de eficiencia.
Los científicos utilizaron un compuesto químico llamado tiocianato de guanidinio para mejorar drásticamente las propiedades estructurales y optoelectrónicas de las películas perovskitas mixtas de plomo y estaño.
«Science es la revista académica más importante del mundo, junto con Nature, que publicó otras investigaciones del Dr. Yan hace sólo cinco meses, después de que descubriera un solo material que produce luz blanca, que podría aumentar la eficiencia y el atractivo de las bombillas LED», dijo el Dr. Sanjay Khare, profesor y presidente del Departamento de Física y Astronomía de UToledo. «Su importante trabajo de sostenibilidad en la Universidad de Toledo puede ayudar a que el mundo use energía limpia.»
Hace unos cinco años, el equipo de Yan en UToledo identificó las propiedades ideales de las perovskitas y desde entonces ha centrado sus 20 años de experiencia en producir una célula solar tándem totalmente perovskita que reúne dos células solares diferentes para aumentar la energía eléctrica total generada utilizando dos partes diferentes del espectro solar.
El mes pasado, el Departamento de Energía de Estados Unidos le otorgó a Yan una subvención de 1,1 millones de dólares para continuar su investigación en colaboración con el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
«Este es el material que hemos estado esperando durante mucho tiempo», dijo Yan. «La industria solar está observando y esperando. Algunos ya han empezado a invertir en esta tecnología».
Yan es un experto en teoría de la física de defectos y propiedades electrónicas en semiconductores, síntesis de materiales y fabricación de células solares de capa fina.
«Nuestra investigación en UToledo está en curso para hacer células solares más baratas y eficientes que podrían rivalizar e incluso superar la tecnología fotovoltaica de silicio predominante», dijo la Dra. Zhaoning Song, profesora asistente de investigación del Departamento de Física y Astronomía de UToledo y coautora del estudio. «Nuestras células solares tándem con dos capas de perovskitas ofrecen una alta eficiencia de conversión de energía y tienen el potencial de reducir los costes de producción de los paneles solares, lo que constituye un importante avance en la fotovoltaica».
Aunque el equipo de Yan ha mejorado la calidad de los materiales y el proceso para fabricarlos a bajo costo, es necesario avanzar más.
«El costo del material es bajo y el costo de fabricación es bajo, pero la vida útil del material es todavía desconocida», dijo Song. «Tenemos que seguir aumentando la eficiencia y la estabilidad.»
«Además, el plomo se considera una sustancia tóxica», dijo Yan. «Estoy decidido a trabajar con la industria solar para asegurar que los paneles solares hechos de este material puedan ser reciclados para que no causen daño al medio ambiente».