Perovskita, el factor oculto de una revolución sostenible

La petrovskita fue descubierta por el minerólogo Gustav Rose en Rusia y lo nombró así por su amigo Lev Perovski. De ahí viene el nombre, perovskita que es una forma en que los átomos se cristalizan. En los años noventa la empresa IBM ya estaba investigando las perovskitas basadas en plomo y en haluros para transistores. Pero no fue hasta el 2009 cuando el grupo del profesor Miyazaka , en Japón, usó las perovskitas basadas en plomo y haluros en las células solares. Y hoy la están investigando, entre otros, el premiado Michael Grätzel . Estos dispositivos mezclan luz y electricidad que puede usarse en paneles solares que absorben los fotones y los transforman en electricidad, o también el proceso contrario, cuando introduces electricidad y obtienes luz, como en un led.

Su funcionamiento básicamente consiste en que la luz llega al material, esa luz o fotones son absorbidos por los electrones del material, y estos electrones se excitan, tienen más energía y se pueden mover. Si se logra extraer esos electrones fuera del material para integrarlos en un circuito puede usarse esa energía para lo que se desee. El problema principal es extraer esos electrones, porque si el material no es bueno estos electrones enseguida perderán energía. En el silicio , para poder extraerlos es preciso que el material sea perfecto . En ese sentido, Iván Mora, investigador principal del Researcher Group of Advanced Semiconductors en el Institute of Advanced Materials (INAM) de la Universidad Jaume I , remarca: «La perovskita, pese a tener muchos defectos, no hace que la energía se pierda y esa es la magia que tiene. Aunque es un material que no debería funcionar bien, aún así funciona».

El mayor obstáculo de la perovskita, que algunas empresas dicen haber solventado, es su inestabilidad , dado que las células solares tienen que durar veinte años o más, por lo que las placas fotovoltaicas tienen que ser muy estables en condiciones de intemperie. No obstante, las perovskitas están obteniendo eficiencias récords en tiempos muy rápidos .

Las placas de silicio llevan usándose desde hace 50 años a gran escala y su precio ha ido bajando . El pero es que las células de silicio son muy gruesas . El profesor Mora remarca que mientras que con celdas de perovskita se podría obtener la misma absorción de luz con grosores mil veces inferiores. No obstante, el silicio tiene un mercado muy estable y es difícil desplazarlo. Por eso, la mejor vía de aplicación es usar la perovskita como complemento para aumentar el rendimiento del silicio , Es la técnica del tándem , que consiste en poner dos materiales uno encima del otro;como tienen absorción complementaria, el panel aumenta su rendimiento.

Ésta sería una buena forma de entrada en el mercado de las celdas de perovskita. Los fabricantes se familiarizarían con los métodos de producción y eso permitiría ganarse la confianza de los inversores para intentar explotar después las celdas de perovskita en solitario. De hecho, es la estrategia de mercado que están usando empresas como la polaca Saule , que ha desarrollado para su venta inminente un panel solar de perovskita envuelto en plástico flexible.

En ese sentido, Henk Bolink profesor del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia , detalla:«Tenemos dos proyectos, uno para desarrollar métodos nuevos usando perovskitas en leds inorgánicos y láseres, y el otro es con Oxford PV , una ‘spin-off’ de la Universidad de Oxford, que promociona la técnica del tándem, aumentando la eficiencia de las células solares hasta un 33%, cuando las de silicio tienen un 26%, es decir de toda la luz que incide sola una cuarta parte se puede transformar en electricidad ».

Otra opción es promocionar la perovskita en sectores que solo ella pueda cubrir. Un ejemplo son las ventanas, ya que el silicio no es transparente y la perovskita es semitransparente. En arquitectura permitiría extraer electricidad de las ventanas de las casas. Además, son más flexibles y ligeros, en contraste con el silicio, de tal forma que con las placas de perovskita podrían armarse células solares que se pueden doblar. De este modo, se podrían adaptar al techo de un coche, a la fachada de un edificio, en drones... Siendo fácilmente transportables.

Bolink trabaja con Airbus Defense y Space en Munich , que está pensando en lanzar minisatélites y ver como la perovskita aguanta la radiación en el espacio, de hecho es algo que la NASA ha hecho hace unos días. Y gracias a sus iones móviles pueden llevar a cabo un proceso de autocurado, en el caso de que los paneles se dañasen en el espacio. Otras aplicaciones interesantes se darían en leds, detectores de rayos x y de radiación, y también estaría presente en móviles .

La perovskita que contiene plomo es la más usada en investigación, pero su inconveniente es la contaminación que produce. No obstante, los científicos confirman que la cantidad de plomo es pequeño, y existen métodos fáciles de reciclaje para recuperar el plomo. Y Henkt Bolink explica que «basta con compararlo con la célula de silicio que requiere más de dos años para amortizar la huella energética que genera su producción ».

Pedro Atienzar , del Instituto de Tecnología Química UPV-CSIC de la Universidad Politécnica de Valencia , pertenece a otro de los grupos que estudia las propiedades de la perovskita con yodo para mejorar su estabilidad y maximizar la absorción de la luz del sol, hemos desarrollado nuevos materiales basados en la estructura de la perovskita y también han sido capaces de desarrollar un sensor capaz de determinar gases contaminantes combinando perovskita y grafeno. Y al igual que Juan Antonio Anta , del equipo de la Universidad Pablo Olavide , estudian cómo mejorar las celdas solares.

La pregunta abierta es por qué España, un país con numerosas horas de sol, no está avanzando industrialmente en este campo, frente a otros países como Estados Unidos, Reino Unido, Japón o China. Según Atienzar «si hubiera una industria española que desarrollase la tecnología de las perovskitas podría ser potencialmente exitosa».

Mientras, la tecnología sigue avanzando. La aplicación más incipiente y disruptiva tiene que ver con la computación y el problema de cómo almacenar cada vez más datos . Se trata de generar un sistema de computación parecido al de la biología, como el funcionamientoi del cerebro, que procesa datos muy rápidamente con un bajo consumo energético. Es la computación neuromórfica. Es algo que está estudiando Juan Bisquert , catedrático de física aplicada y director del INAM , en la Universidad Jaume I. En ese sentido la perovskita tiene muy buenas propiedades para simular las redes neuronales de un cerebro humano.

En suma, para escapar de la amenaza del cambio climático es necesario dejar de quemar combustibles fósiles como el petróleo. Hay que extender enormemente las fuentes de energía renovables y para ello hay que conseguir sistemas fotovoltaicos más baratos. Con ello se abre un mercado inmenso de producción de células, solo hay que mirar a qué precio está hoy la energía. Como afirma el científico Bisquert para asegurar el despegue de las renovables «hay que desarrollar tecnologías que sean aún mejores que la del silicio, y empezar por cambiar el sistema de energía que tenemos ahora».