Sostenibilidad
Los Avances de IA Mejoran la Energía Solar de Película Delgada al Desbloquear la Estabilidad del Perovskita
Del Silicio a las Películas Delgadas
En nuestro artículo “La Era Solar – Un Futuro Brillante para la Humanidad”, explicamos cómo el auge de la energía solar estaba iniciando una revolución en nuestro suministro de energía, al menos a largo plazo.
Hasta ahora, alrededor del 90 % de los paneles solares se fabrican con tecnología basada en silicio, con la gran mayoría usando diseños de polisilicio, que han reemplazado los diseños más antiguos de monosilicio (el silicio monocristalino es más duradero, pero también menos rentable).
Fuente: EIA
Una alternativa son los perovskitas, también a menudo llamadas células solares de película delgada, que capturan la energía del Sol gracias a la estructura cristalina única del perovskita. (Otra forma de tecnología de película delgada solar utiliza células de película delgada de telururo de cadmio.)
La expresión película delgada proviene de la capa de material mucho más delgada requerida para producir electricidad, lo que permite células solares más flexibles y ligeras.
Los perovskitas que ocurren naturalmente están compuestos de óxido de calcio y titanio (CaTiO3), pero otros minerales pueden tener la misma estructura cristalina con una fórmula química que sigue la regla “ABX3”.
Aunque presentan un rendimiento de conversión energética muy alto, los perovskitas son menos duraderos que los paneles solares de silicio, lo que ha obstaculizado su uso práctico y su adopción comercial.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia) y de la Universidad de Birmingham utilizaron aprendizaje automático para aclarar la parte faltante del conocimiento teórico sobre la estructura cristalina del perovskita, abriendo el camino para hacerlos más duraderos y, por lo tanto, quizá la próxima generación de tecnología fotovoltaica comercial.
Publicaron sus resultados en el Journal of the American Chemical Society1Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential.
Estabilidad del Perovskita de Formamidinio
Los investigadores trabajaron con un material llamado yoduro de plomo formamidinio (FAPbI3). Se considera uno de los materiales con mejor desempeño en el grupo de perovskitas halógenas por sus prometedoras propiedades para futuras tecnologías de células solares.
Sin embargo, el material generalmente no es lo suficientemente estable bajo la luz solar para aplicaciones comerciales, y parte de la razón es que la fase de baja temperatura del yoduro de plomo formamidinio sigue siendo poco comprendida, hasta ahora.
“La fase de baja temperatura de este material ha sido durante mucho tiempo una pieza faltante del rompecabezas de investigación y ahora hemos resuelto una cuestión fundamental sobre la estructura de esta fase.”
Modelado Avanzado de IA
Las observaciones experimentales hasta ahora no habían sido suficientes para comprender la estructura cristalina de FAPbI3. Las simulaciones informáticas tradicionales, que intentan calcular y simular el comportamiento de los átomos uno a uno, requieren supercomputadoras potentes y largos tiempos de simulación.
En su lugar, los investigadores utilizaron su experiencia en aprendizaje automático para mejorar drásticamente la eficiencia de la simulación por computadora.
“Al combinar nuestros métodos estándar con el aprendizaje automático, ahora podemos ejecutar simulaciones que son miles de veces más largas que antes.
Y nuestros modelos ahora pueden contener millones de átomos en lugar de cientos, lo que los acerca más al mundo real,”
Transiciones de Fase Cristalina en FAPbI3
Dependiendo de la temperatura, FAPbI3 puede adoptar diferentes estructuras cristalinas: cúbica a 300 K (27 °C / 80 °F), tetragonal por debajo de 285 K (12 °C / 53 °F) y aún desconocida a 140 K (-133 °C / -207 °F).
Descubrieron que su simulación predijo que el material puede ponerse en un estado semiestable al enfriarse.
Luego lo probaron en la vida real a -200 °C / -328 °F, para confirmar que la simulación predice con precisión el comportamiento de los cristales de perovskita, especialmente en esta condición aún no probada.
El modelo funcionó mayormente con una predicción casi perfecta del movimiento de los átomos de carbono, y una predicción suficientemente precisa para los átomos de nitrógeno.
Aplicaciones de la Investigación de Perovskita Potenciada por IA
Este modelo es el primero que predice con buena precisión todas las estructuras cristalinas de este material perovskita. Además, requiere mucho menos potencia de cálculo, lo que lo hace utilizable por casi cualquier equipo de investigación en el mundo. Por lo tanto, podría acelerar drásticamente el progreso de esta tecnología.
La estructura cristalina y su estabilidad son las piedras angulares para hacer que el perovskita sea más duradero, y también son clave para hacerlo comercialmente viable.
“Esperamos que los conocimientos que hemos obtenido de las simulaciones puedan contribuir a cómo modelar y analizar materiales perovskita halógenos complejos en el futuro,”
La energía solar de película delgada, al ser más flexible, puede desplegarse en muchos más contextos que los paneles solares tradicionales. Además, son mucho más ligeros.
Así que si el perovskita puede usarse comercialmente, podríamos comenzar a emplearlo en la superficie de edificios, automóviles, techos, teléfonos móviles, etc., proporcionando energía abundante sin necesidad de destinar tierras a grandes granjas solares.
El amidinio parece la dirección correcta para esta tecnología, y otros informes también indican que un recubrimiento protector de amidinio puede aumentar radicalmente la vida útil de las células solares de película delgada. Las nanopartículas de alúmina también podrían aumentar la vida útil de las células solares de perovskita 10 veces.
Lo más probable es que una combinación de varias de estas tecnologías surja para crear una célula solar de perovskita de película delgada ultra duradera.
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| Tecnología | Material | Potencial de eficiencia | Durabilidad | Preparación comercial |
|---|---|---|---|---|
| Silicio (mono/poly) | Silicio cristalino | 22–26% | Muy alta (25–30 años) | Totalmente comercial |
| Telururo de cadmio | CdTe película delgada | 23–25% | Alta (30 años, 89% retención) | Comercial (First Solar) |
| Perovskita (FAPbI3, amidinium) | Perovskitas halógenas | >30% (tándem a escala de laboratorio) | Actualmente bajo (se degrada bajo la luz solar) | Precomercial, fase de investigación |
Invertir en Innovación Solar
First Solar, Inc.
(FSLR )
First Solar es el mayor fabricante de paneles solares en EE. UU. y en todo el hemisferio occidental, con sitios de fabricación en EE. UU., Malasia y Vietnam.
La empresa no utiliza la tecnología clásica de silicio cristalino y, en su lugar, emplea sus fotovoltaicos de película delgada patentados.
Basados en telururo de cadmio, son más eficientes, se producen a menor costo y pueden fabricarse en masa fácilmente.
Fuente: Department Of Energy
Los paneles solares de película delgada de telururo de cadmio también son más duraderos, conservando el 89 % del rendimiento original después de 30 años.
Fuente: First Solar
El cadmio y el telururo son subproductos de la extracción de otros metales, lo que significa que los productos de First Solar tienen un impacto mínimo, utilizando recursos que antes tenían poco uso. Los paneles de película delgada también pueden tener una alta tasa de reciclaje.
El enfoque de la empresa en la tecnología de semiconductores de película delgada le permite estar totalmente integrada verticalmente, lo que la diferencia radicalmente de la industria de paneles solares basada en silicio.
En lugar de múltiples fábricas, con cada actor especializado en un segmento como la purificación de polisilicio, y con muchos días para producir una célula solar, First Solar puede pasar de materias primas a producto terminado en menos de 4 horas.
Fuente: First Solar
La ventaja tecnológica de First Solar, combinada con su ubicación geográfica, la convierte en la probable beneficiaria del creciente impulso de los países occidentales para obtener sus paneles fuera de China.
La empresa está aumentando rápidamente su capacidad de producción, con el objetivo de alcanzar una capacidad nominal de 25 GW para 2026, desde los actuales 11 GW.
First Solar ha gastado un total de 2 mil millones de dólares en I+D desde su creación. Los equipos de I+D de First Solar pronostican una película delgada de CdTe con una eficiencia de celda del 25 % y rutas hacia una eficiencia del 28 % para 2030.
Teniendo en cuenta su participación en la investigación discutida aquí, la empresa también muestra un claro interés en el perovskita, al menos cuando estos paneles sean lo suficientemente duraderos.
A largo plazo, First Solar busca integrar su experiencia con la película delgada de telururo de cadmio a la tecnología de perovskita, haciendo que los paneles solares resultantes sean aún más eficientes.
Fuente: First Solar
En general, First Solar es un líder tecnológico que se beneficiará de los aranceles a las importaciones chinas, algo que probablemente compense el efecto negativo en la industria solar derivado de la reelección de Trump.
Aunque actualmente se centra principalmente en la energía solar de película delgada usando telururo de cadmio, su experiencia en la fabricación de paneles solares no basados en silicio podría darle una ventaja significativa con el perovskita, especialmente considerando sus estrechos vínculos con algunos de los principales investigadores en este campo.
(También puedes leer más información sobre First Solar en el informe de inversión dedicado a la empresa)
Últimas Noticias y Desarrollos de Acciones de First Solar (FSLR)
Estudio Referenciado
1. Sangita Dutta, Erik Fransson, Tobias Hainer, Benjamin M. Gallant, Dominik J. Kubicki, Paul Erhart, and Julia Wiktor. Revealing the Low-Temperature Phase of FAPbI3 Using a Machine-Learned Potential. Journal of the American Chemical Society. 14 de agosto de 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c05265
