Aumentando la Viabilidad Real de las Celdas Solares de Perovskita con Amidinio

Haciendo la Mejor Tecnología Solar Duradera

La mayoría de los paneles solares se basan en dos tecnologías: polisilicio, que constituye la mayor parte de ellos, y teluro de cadmio de película delgada. Sin embargo, existe una tercera forma de fabricar sistemas fotovoltaicos, que utiliza un mineral llamado perovskita.

Esto está hecho de óxido de calcio y titanio, y esta tecnología ha avanzado enormemente en los últimos años. Desde prototipos de laboratorio con solo un 3,8 % de eficiencia de conversión de luz a energía en 2009, alcanzó 33,9 % en 2024 para un diseño de LONGi Green Energy Technology.

Sin embargo, los paneles solares de perovskita tienen un problema importante: la durabilidad. La mayoría de las celdas solares de perovskita duran solo unos pocos años. Esto les impide ser utilizadas en cualquier entorno comercial, ya que elimina la rentabilidad de estos sistemas, incluso con mayor eficiencia y menores costos de producción.

Por lo tanto, mientras no puedan compararse con la durabilidad de 2‑3 décadas del polisilicio, las perovskitas estarán condenadas a aplicaciones de nicho y prototipos de laboratorio, perdiéndose la mayor parte de la “nueva era solar” que ya está sobre nosotros.

Esto es por lo que el anuncio de una forma de mejorar la estabilidad de la perovskita 3 veces es un gran avance. Fue realizado por investigadores de la Northwestern University (EE. UU.), la Griffith University (Australia) y la University of Toronto (Canadá), que publicaron sus hallazgos en la prestigiosa revista Science bajo el título Amidación de ligandos para la pasivación química y de efecto de campo estabiliza las celdas solares de perovskita¹.

Ventajas de las Perovskitas

Las principales ventajas de la perovskita son su bajo costo y la posibilidad de “imprimir” celdas solares. Un gran impulsor del menor costo es que puede producirse a temperatura ambiente, en comparación con el silicio, que requiere cientos de grados.

Las celdas de perovskita también son flexibles, lo que abre nuevas aplicaciones como techos de automóviles y drones. Además, absorben una mayor parte de la luz solar, lo que conduce a una mayor eficiencia teórica, de hasta el 40 %.

El titanio también es un metal relativamente abundante, por lo que constituye una mejor alternativa al silicio que al teluro de cadmio. Sin embargo, la posible filtración de metales pesados, especialmente el plomo, es una preocupación que también debe abordarse.

Fuente: Research Gate

También debe señalarse que las celdas tándem de silicio-perovskita, como la desarrollada por LONGi, son una opción en lugar de sistemas exclusivamente de perovskita.

Protegiendo las Perovskitas de la Degradación

Normalmente, las celdas solares de perovskita utilizan una capa de recubrimiento basada en amonio para mejorar la eficiencia. Aunque es eficaz, las capas basadas en amonio se degradan bajo el estrés ambiental, incluido el calor y la humedad. Esto se debe a que la molécula de amonio tiende a descomponerse bajo calor intenso y agua.

Fuente: Frontiers

Esto, por supuesto, está lejos de ser ideal para la utilización real de los paneles solares, que tendrán que enfrentarse a la lluvia y a los días calurosos de verano.

Aquí es donde los investigadores de este estudio encontraron una solución, al usar otro tipo de compuesto basado en nitrógeno: amidinio. El amidinio es el ion formado a partir de las amidinas.

Fuente: Wikipedia

Esto representa una desviación de la investigación previa sobre perovskitas, que se había centrado en mejorar la estabilidad de las propias perovskitas. En su lugar, esto intenta mejorar las capas protectoras.

Mejora Radical

No solo este nuevo enfoque mejoró la resistencia del recubrimiento sobre las celdas de perovskita, sino que también aumentó la durabilidad general del panel solar.

“El nuevo recubrimiento fue 10 veces más resistente a la descomposición en comparación con los recubrimientos convencionales basados en amonio. Mejor aún: las celdas recubiertas con amidinio también triplicaron la vida útil T90 de la celda — el tiempo que tarda la eficiencia de una celda en caer al 90 % de su valor inicial cuando se expone a condiciones adversas.”

Bin Chen – Profesor asociado de investigación en química en Northwestern

Construyendo Sobre la Innovación Previa

Este no es, de lejos, el primer gran avance de este equipo de investigación.

El equipo de otro coautor, Ted Sargent, desarrolló en 2022 una celda solar de perovskita que batió récords de eficiencia energética y voltaje.

En 2023, su equipo introdujo una celda solar de perovskita con una estructura invertida, lo que también mejoró su eficiencia energética. Además, incorporaron cristales líquidos para minimizar los defectos en las películas de perovskita, lo que condujo a un mejor rendimiento del dispositivo.

También debe señalarse que este estudio no fue realizado solo por académicos, sino que contó con el apoyo tanto de la empresa privada First Solar (FSLR ), como de instituciones públicas como el Departamento de Comercio, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Departamento de Energía de EE. UU.

Invertir en Energía Solar

La producción de energía solar está creciendo constantemente a una tasa de dos dígitos y será un motor clave para descarbonizar la economía. Aún tiene un camino muy largo por recorrer, ya que la inmensa mayoría de nuestra producción mundial de electricidad, y aún más energía total, proviene de combustibles fósiles.

A lo largo de los años, es un sector que ha evolucionado para recompensar a las empresas más grandes, siendo las economías de escala un factor clave para lograr generar beneficios en un entorno muy competitivo. Con, por supuesto, nuevas tecnologías como posible disruptor de los fabricantes establecidos de paneles de polisilicio.

Puedes invertir en empresas solares a través de muchos corredores, y aquí, en securities.io, encontrarás nuestras recomendaciones de los mejores corredores en EE. UU., Canadá, Australia, Reino Unido, así como muchos otros países.

Si no te interesa seleccionar empresas solares específicas, también puedes considerar ETFs como Global X Solar ETF (RAYS), Invesco Solar ETF (TAN), o Global X China Clean Energy ETF (2809.HK), que ofrecerán una exposición más diversificada para capitalizar la industria solar y de energía limpia.

También puedes leer nuestro artículo sobre los “Top 10 Solar Power Stocks to Invest In”.

Empresa Solar

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 teluro de cadmio, son más eficientes, se producen a menor costo y pueden fabricarse fácilmente en masa. Los paneles solares de película delgada también son más duraderos, conservando el 89 % del rendimiento original después de 30 años.

Fuente: First Solar

El cadmio y el teluro 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.

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.

Considerando su participación en la investigación discutida aquí, la empresa también muestra un claro interés en la perovskita, al menos cuando estos paneles sean lo suficientemente duraderos. Comentó notablemente en su presentación a inversores que la perovskita debería tener una “línea de desarrollo preparada para producir muestras tecnológicas que simulen condiciones de fabricación en el cuarto trimestre de 2024”.

First Solar ha gastado un total acumulado de 2 mil millones de dólares en I+D desde su creación.

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 hasta ahora se ha centrado principalmente en la energía solar de película delgada usando teluro de cadmio, su experiencia en la fabricación de paneles solares no basados en silicio podría darle una ventaja significativa con la perovskita, especialmente considerando sus estrechos vínculos con algunos de los principales investigadores en este campo.

Referencia del Estudio:

^{1. Yang, Y., et al. (2024). Amidación de ligandos para la pasivación química y de efecto de campo estabiliza las celdas solares de perovskita. Science, 386(898–902). https://doi.org/10.1126/science.adr2091}