\u201cLas c\u00e9lulas solares de perovskita son una tecnolog\u00eda reciente y prometedora\u201d, refrenda el qu\u00edmico Rodrigo Lopes Sauaia, presidente ejecutivo de la Asociaci\u00f3n Brasile\u00f1a de Energ\u00eda Solar Fotovoltaica (Absolar), entidad que agrupa a las empresas del sector. \u201cResulta positivo que haya innovaciones y proyectos en desarrollo como \u00e9ste en el segmento fotovoltaico, y m\u00e1s a\u00fan en Brasil, un pa\u00eds con un enorme potencial de generaci\u00f3n de energ\u00eda solar\u201d, dice (lea en <\/em>Pesquisa FAPESP, edici\u00f3n n\u00ba 258<\/em><\/a>). La producci\u00f3n nacional de este tipo de energ\u00eda en el pa\u00eds todav\u00eda es peque\u00f1a, sumando 176 megavatios (MW), y representa el 0,1% de la matriz el\u00e9ctrica, aunque viene creciendo a ritmo acelerado. \u201cPara el final del a\u00f1o llegar\u00e1 a 1 gigavatio (GW)\u201d, informa Sauaia. En el mes de junio comenz\u00f3 a operar el Parque Solar da Lapa, en el sert\u00f3n bahiano, el mayor complejo de este tipo en el pa\u00eds, con capacidad para producir 158 MW, suficiente para suplir las necesidades de 166 mil familias por a\u00f1o.<\/p>\n La perovskita que se emplea en las c\u00e9lulas solares es un material semiconductor, cuya f\u00f3rmula qu\u00edmica es CH3<\/sub>NH3<\/sub>PbI3<\/sub>, y su estructura es similar a la del mineral titanato de calcio (CaTiO3<\/sub>), descubierto en los Montes Urales, en Rusia, en 1836. A ese mineral se lo denomin\u00f3 perovskita en reconocimiento al mineralogista ruso Lev Alexeievitch Perovski (1792-1856). La materia prima empleada en la producci\u00f3n de las c\u00e9lulas no se extrae de la naturaleza, sino que es un producto sintetizado en laboratorio. Se construyen por capas, con varias pel\u00edculas delgadas cuya composici\u00f3n qu\u00edmica y funciones son diferentes (observe la infograf\u00eda detallada arriba<\/em>).<\/p>\n La evoluci\u00f3n de esa tecnolog\u00eda en un breve lapso de tiempo llama la atenci\u00f3n de los cient\u00edficos. Cuando se aplic\u00f3 la perovskita por primera vez a una c\u00e9lula solar, en 2009, el \u00edndice de conversi\u00f3n de luz en energ\u00eda el\u00e9ctrica era inferior al 4%. Menos de una d\u00e9cada despu\u00e9s, ese porcentaje creci\u00f3 m\u00e1s de cinco veces (vea el gr\u00e1fico<\/a><\/em>) y seguir\u00e1 evolucionando. Los profesores Yang Yang, de la Universidad de California, en Los \u00c1ngeles, Estados Unidos, y Jingbi You, del Instituto de Semiconductores de la Academia China de Ciencias, estiman que esas c\u00e9lulas solares alcanzar\u00e1n un 25% de eficiencia energ\u00e9tica dentro de dos a\u00f1os, seg\u00fan refiere un art\u00edculo publicado en la revista Nature<\/em> en abril de este a\u00f1o. Las pastillas de silicio, a su vez, ya se encuentran disponibles en el mercado desde hace m\u00e1s de 50 a\u00f1os y parecen haber llegado a su l\u00edmite. En los \u00faltimos 15 a\u00f1os no se registraron grandes progresos en su tasa de conversi\u00f3n.<\/p>\n En tanto, las c\u00e9lulas de perovskita no requieren una pureza elevada, toda vez que los defectos en su estructura no disminuyen su eficiencia. Estas \u00faltimas se elaboran con compuestos qu\u00edmicos baratos y pueden fabricarse con m\u00e9todos simples que abaratan su costo. Adem\u00e1s, el proceso productivo no contribuye al calentamiento global. En la producci\u00f3n de las l\u00e1minas de silicio, el di\u00f3xido de silicio (SiO2<\/sub>), la materia prima b\u00e1sica del dispositivo, debe fundirse a altas temperaturas, de alrededor de 1.500 \u00baC, liberando di\u00f3xido de carbono (CO2<\/sub>) en la atm\u00f3sfera. \u201cEl proceso de fabricaci\u00f3n de las c\u00e9lulas solares de perovskita no emite CO2<\/sub>\u201d, dice la investigadora de la Unicamp.<\/p>\n El grupo de Ana Fl\u00e1via Nogueira fue el primero en construir c\u00e9lulas solares de perovskita en Brasil, en 2016. \u201cEse estudio se inici\u00f3 con la tesina de maestr\u00eda del qu\u00edmico Rodrigo Szostak. No fue dif\u00edcil iniciar el desarrollo de esas c\u00e9lulas, ya que desde 2004 nuestro laboratorio lleva adelante investigaciones con c\u00e9lulas solares org\u00e1nicas y c\u00e9lulas sensibilizadas mediante colorantes, dos tecnolog\u00edas que sirvieron de inspiraci\u00f3n para el posterior desarrollo de las c\u00e9lulas de perovskita\u201d, relata la investigadora. El dispositivo desarrollado en el LNES ya alcanza valores de eficiencia cercanos al 16% y se llegar\u00e1 a un 18% para fin de a\u00f1o.<\/p>\n Enel\/Divulgaci\u00f3n<\/span><\/a> El Parque Solar da Lapa del estado de Bah\u00eda (BA), el mayor del pa\u00eds, genera suficiente energ\u00eda para proveer a 166 mil familias por a\u00f1oEnel\/Divulgaci\u00f3n<\/span><\/p><\/div>\n Otra caracter\u00edstica de las c\u00e9lulas solares de perovskita es su espesor, que se ubica en torno a 1 micr\u00f3n (la millon\u00e9sima parte de un metro), en comparaci\u00f3n con los alrededor de 180 micrones de las pastillas de silicio. \u201cSe fabrican bajo el formato de pel\u00edculas ultrafinas y pueden ser tambi\u00e9n semitransparentes, lo que podr\u00eda conducir a la producci\u00f3n de paneles livianos y flexibles, permitiendo una mayor gama de aplicaciones\u201d, sostiene la qu\u00edmica Silvia Let\u00edcia Fernandes, quien realiz\u00f3 un doctorado sobre el tema. Uno de los problemas de las c\u00e9lulas fotovoltaicas de silicio es que son pesadas y r\u00edgidas, algo que dificulta y limita los sitios de instalaci\u00f3n de los m\u00f3dulos solares.<\/p>\n El a\u00f1o pasado, Fernandes defendi\u00f3 en la Universidade Estadual Paulista (Unesp) su tesis doctoral intitulada \u201cDesarrollo de c\u00e9lulas solares de perovskita basadas en filmes de \u00f3xidos nanoestructurados\u201d, bajo la direcci\u00f3n de la profesora Maria Aparecida Zaghete, del Instituto de Qu\u00edmica de la Unesp de Araraquara. Para ese trabajo cont\u00f3 con la ayuda del profesor Carlos Frederico de Oliveira Graeff, de la Facultad de Ciencias de la Unesp, campus de Bauru, para la preparaci\u00f3n de las c\u00e9lulas solares. Zaghete y Graeff son investigadores del Centro de Desarrollo de Materiales Funcionales (CDMF), uno de los Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid) patrocinados por la FAPESP.<\/p>\n S\u00edlvia Fernandes\/Divulgaci\u00f3n<\/span><\/a> El material ideado por el grupo de la Unesp de Araraquara alcanz\u00f3 un 15% de eficienciaS\u00edlvia Fernandes\/Divulgaci\u00f3n<\/span><\/p><\/div>\n El tal\u00f3n de Aquiles<\/strong> Recientemente, el grupo del profesor Michael Gratzel, de la Escuela Polit\u00e9cnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, uno de los m\u00e1s avanzados en el estudio de c\u00e9lulas de perovskita, logr\u00f3 fabricar m\u00f3dulos solares de 10 por 10 cent\u00edmetros cuadrados (cm2<\/sup>) vali\u00e9ndose de un proceso adaptado para la producci\u00f3n industrial. Los dispositivos presentaron una eficiencia del 11,2% y se mostraron estables durante m\u00e1s de 10 mil horas (415 d\u00edas). Pese a ese avance, la durabilidad a\u00fan es muy inferior a la de los paneles de silicio, que operan sin sufrir degradaciones hasta por 25 a\u00f1os.<\/p>\n Otro escollo que debe superarse es el uso de plomo en el montaje de la c\u00e9lula, un elemento qu\u00edmico que plantea riesgos para la salud y medioambientales. \u201cEl plomo siempre es una gran preocupaci\u00f3n ambiental, aunque la cantidad que se utiliza es \u00ednfima. Su empleo en las c\u00e9lulas solares bajo el formato de finas pel\u00edculas causar\u00eda mucho menos impacto ambiental que las bater\u00edas de plomo-\u00e1cido que utiliza la industria automovil\u00edstica\u201d, subraya Silvia Fernandes. Ese problema podr\u00eda soslayarse mediante un descarte adecuado y la utilizaci\u00f3n de las c\u00e9lulas en sitios seguros. \u201cEl uso del dispositivo en parques solares, donde se adec\u00faa el terreno, ofrece un bajo riesgo de da\u00f1o ambiental\u201d, sostiene Nogueira.<\/p>\n El uso de plomo en la c\u00e9lula y su durabilidad reducida son problemas que a\u00fan deben resolverse<\/p><\/blockquote>\n M\u00e1s estable<\/strong> El dispositivo que montaron en la Unesp present\u00f3 una eficiencia de hasta un 15%. Parte de ese estudio se llev\u00f3 a cabo en el Laboratorio Federal Suizo de Ciencia y Tecnolog\u00eda de Materiales (Empa), bajo la supervisi\u00f3n del profesor Frank N\u00fcesch. \u201cEn 2015, pas\u00e9 cinco meses en el laboratorio del profesor N\u00fcesch. \u00c9l nos cedi\u00f3 el espacio f\u00edsico y aport\u00f3 su experiencia en el montaje de las c\u00e9lulas. Nosotros utilizamos las pel\u00edculas de pent\u00f3xido de niobio preparadas en Brasil y montamos las c\u00e9lulas all\u00e1. Ahora hemos logrado realizar todo el montaje y la caracterizaci\u00f3n de los dispositivos en el Laboratorio de Nuevos Materiales y Dispositivos (LNMD), con la misma calidad\u201d, dice Fernandes.<\/p>\n Un tercer grupo de investigaci\u00f3n brasile\u00f1o, de la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), trabaja en el perfeccionamiento de las c\u00e9lulas solares de perovskita. La innovaci\u00f3n consisti\u00f3 en agregarle un aerogel de di\u00f3xido de titanio (el compuesto se denomina en ingl\u00e9s titania, o titanio blanco, en espa\u00f1ol) en la arquitectura del dispositivo con el objetivo de elevar su tasa de conversi\u00f3n. La investigaci\u00f3n se realiz\u00f3 bajo el liderazgo del equipo del f\u00edsico Carlos Rambo, coordinador del Laboratorio de Materiales El\u00e9ctricos (Lamate) del Departamento de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Electr\u00f3nica, y cont\u00f3 con la colaboraci\u00f3n de las f\u00edsicas Maria Lu\u00edsa Sartorelli y Fran\u00e7oise Toledo Reis, del Laboratorio de Sistemas Nanoestructurados (LabSiN) del Departamento de F\u00edsica.<\/p>\n \u201cEl aerogel es un material al cual se lo conoce como humo s\u00f3lido dado que presenta una elevada \u00e1rea superficial y es muy liviano. Desarrollamos por primera vez a nivel mundial c\u00e9lulas de perovskita basadas en aerogel\u201d, dice Rambo. \u201cAgregamos el aerogel de di\u00f3xido de titanio en la arquitectura del dispositivo y duplicamos su eficiencia en relaci\u00f3n a la de una c\u00e9lula con capa compacta de di\u00f3xido de titanio\u201d.<\/p>\n Para Rodrigo Sauaia, de Absolar, los esfuerzos de investigaci\u00f3n en Brasil y en todo el mundo son fundamentales para mejorar las caracter\u00edsticas f\u00edsicas y qu\u00edmicas de las c\u00e9lulas de perovskita y perfeccionar el proceso productivo. \u201cEl reto actual consiste en transformar c\u00e9lulas de peque\u00f1o porte, que ofrecen buenos resultados en el banco de pruebas del laboratorio, en productos comerciales, que puedan producirse a gran escala\u201d, apunta Sauaia. En su opini\u00f3n, el \u00e9xito de esta nueva tecnolog\u00eda depender\u00e1 de la existencia de un m\u00f3dulo solar competitivo que atienda a los requerimientos del mercado.<\/p>\n Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnolog\u00eda de Massachusetts (MIT), bajo el comando de la ingeniera mec\u00e1nica Evelyn Wang, el f\u00edsico Marin Soljacic y el alumno de doctorado David Bierman, est\u00e1 trabajando en un nuevo tipo de c\u00e9lula solar, capaz, seg\u00fan ellos, de generar el doble de la energ\u00eda que ofrecen los paneles de silicio actuales. El secreto de esta nueva tecnolog\u00eda reside en su elevada capacidad de absorci\u00f3n de la radiaci\u00f3n solar, de acuerdo con un art\u00edculo publicado en la MIT Tech Review. Las c\u00e9lulas fotovoltaicas modernas absorben solamente longitudes de onda de la luz en el espectro visible, es decir, del violeta al rojo; el resto se pierde. El dispositivo es capaz de absorber la energ\u00eda de todo el espectro de la luz solar para generar electricidad.<\/p>\n Otra de sus ventajas radica en que este tipo de c\u00e9lula podr\u00eda ser eficiente tambi\u00e9n en los d\u00edas sin sol. Si bien depende de la radiaci\u00f3n solar para generar electricidad, una vez que el material absorbente ha captado la luz, \u00e9sta genera calor. Este calor puede almacenarse para producir energ\u00eda en d\u00edas nublados o incluso durante la noche. En las pruebas de laboratorio, el prototipo registr\u00f3 un \u00edndice de eficiencia relativamente bajo, de un 6,8%, pero sus inventores creen que tiene potencial para evolucionar.<\/p>\n Hay algunos obst\u00e1culos que deber\u00e1n superarse, tales como el alto costo de fabricaci\u00f3n del nuevo sistema. Otro de los escollos reside en que la tecnolog\u00eda se muestre viable en condiciones ambientales normales, dado que, por ahora, los test se han efectuado tan s\u00f3lo en vac\u00edo, y no en un ambiente normal. El nuevo dispositivo fue evaluado por la MIT Tech Review como una tecnolog\u00eda prometedora. Proyectos Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2019\/03\/064-068_Perovskita_260-1.jpg\")
<\/a><\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2019\/03\/064-068_Perovskita_260-2.jpg\")
<\/a>Grado de pureza<\/strong>
\nLas c\u00e9lulas de perovskita adem\u00e1s son m\u00e1s baratas y f\u00e1ciles de producir que las de silicio. \u201cPara obtener alta eficiencia energ\u00e9tica, las c\u00e9lulas de silicio deben tener un grado de pureza muy elevado, lo que aumenta el consumo de energ\u00eda durante su fabricaci\u00f3n y eleva su costo\u201d, explica la qu\u00edmica Ana Fl\u00e1via Nogueira, docente del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de Campinas (Unicamp) y l\u00edder de uno de los grupos de investigaci\u00f3n de ese tipo de dispositivo en el pa\u00eds, el Laboratorio de Nanotecnolog\u00eda y Energ\u00eda Solar (LNES). La pureza del silicio es necesaria dado que m\u00ednimas imperfecciones en el cristal interfieren en su capacidad para transformar la luz absorbida en electricidad.<\/p>\n![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2019\/03\/064_Perovskita_260.jpg\")
![\"\"](\"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/wp-content\/uploads\/2019\/03\/064_Perovskita03_260.jpg\")
\nAun con tantas ventajas, las c\u00e9lulas de perovskita todav\u00eda deben superar ciertos retos antes de tornarse un producto comercial que pueda competir en el mercado de la energ\u00eda solar fotovoltaica. El principal de ellos es la escasa durabilidad del material. \u201c\u00c9se es el tal\u00f3n de Aquiles\u201d, admite el qu\u00edmico Rodrigo Szostak, del grupo de investigaci\u00f3n de la Unicamp. \u201cOtro de los grandes problemas en comparaci\u00f3n con el silicio es la estabilidad. La perovskita es sensible al agua y a la humedad, que ocasionan su degradaci\u00f3n\u201d, afirma. Las primeras c\u00e9lulas que se elaboraron en el mundo con este material permanec\u00edan estables solamente durante algunos minutos, pero se introdujeron alteraciones en su estructura que elevaron la durabilidad a poco m\u00e1s de un a\u00f1o.<\/p>\n
\nPara ayudar a conjurar la baja estabilidad de las c\u00e9lulas de perovskita, el grupo de la Unesp introdujo en la composici\u00f3n de la c\u00e9lula pel\u00edculas de pent\u00f3xido de niobio (Nb2<\/sub>O5<\/sub>), que le aportaron mayor estabilidad. \u201cLa c\u00e9lula solar est\u00e1 formada b\u00e1sicamente por un filme de perovskita y otras dos l\u00e1minas, una responsable del transporte de los electrones y la otra, de los huecos de electr\u00f3n [un hueco de electr\u00f3n \u2013o simplemente \u201chueco\u201d\u2013 es una part\u00edcula que se caracteriza por la ausencia de un electr\u00f3n, que tiene una carga del mismo valor, pero con sentido opuesto a la del electr\u00f3n]. Estos electrones y huecos generados por la luz migran hacia los extremos opuestos del material, generando una tensi\u00f3n que puede utilizarse para alimentar dispositivos el\u00e9ctricos\u201d, explica Fernandes. \u201cLa mayor\u00eda de las c\u00e9lulas emplean di\u00f3xido de titanio (TiO2<\/sub>) como transportador. Nosotros introdujimos el pent\u00f3xido de niobio, que se mostr\u00f3 muy eficiente e incluso mejor\u00f3 la estabilidad\u201d.<\/p>\n
\nUn equipo del MIT usa nanotubos de carbono y cristales nanofot\u00f3nicos para crear un dispositivo solar m\u00e1s eficiente<\/em><\/p>\n
\n<\/div>\n
\n1.<\/strong> Nanoestructuras h\u00edbridas en c\u00e9lulas solares de tercera generaci\u00f3n (3G) (n\u00ba 14\/21928-4<\/a>); Modalidad<\/strong> Ayuda a la Investigaci\u00f3n \u2013 Regular; Investigadora responsable<\/strong> Ana Fl\u00e1via Nogueira (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 291.986,83
\n2.<\/strong> Desarrollo de c\u00e9lulas solares h\u00edbridas basadas en pel\u00edculas nanoestructuradas de ZnO y Nb2O5 (n\u00ba 12\/07745-9<\/a>); Modalidad<\/strong> Beca doctoral \u2013 Brasil; Investigadora responsable<\/strong> Maria Aparecida Zaghete Bertochi (Unesp); Becaria<\/strong> Silvia Let\u00edcia Fernandes (Unesp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 106.393,98 y R$ 45.284,17 (Beca de Pasant\u00eda de Investigaci\u00f3n en el Exterior, n\u00ba 14\/23336-7<\/a>).<\/p>\n
\nSZOSTAK, R. et al.<\/em> Understanding perovskite formation through the intramolecular exchange method in ambient conditions<\/a>. Journal of Photonics for Energy<\/strong>. v. 7, n. 2. 24. may. 2017.
\nFERNANDES, S. L. et al<\/em>. Nb2O5 hole blocking layer for hysteresis-free perovskite solar cells<\/a>. Materials Letters<\/strong>. v. 181. 15. oct. 2016.
\nPINHEIRO, G. K. et al.<\/em> Increasing incident photon to current efficiency of perovskite solar cells through TiO2 aerogel-based nanostructured layers<\/a>. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and engineering aspects<\/strong>. v. 527, p. 89-94. 20. ago. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Las c\u00e9lulas solares de perovskita pueden ser una alternativa m\u00e1s barata y eficaz a los m\u00f3dulos de silicio que dominan el mercado mundial de paneles fotovoltaicos","protected":false},"author":23,"featured_media":280425,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[296,328],"coauthors":[116],"class_list":["post-280405","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es","tag-energia-es","tag-quimica-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/280405","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/23"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=280405"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/280405\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":291060,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/280405\/revisions\/291060"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/280425"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=280405"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=280405"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=280405"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=280405"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}