La energía solar que llega a la superficie terrestres es 10,000 veces mayor a la energía que consumimos toda la humanidad hoy en día, este recurso podemos aprovecharlo para generar electricidad. Para ello, se han desarrollado las celdas solares, estos dispositivos están hecho de materiales semiconductores cuyas propiedades hacen posible el efecto fotovoltaico: absorben fotones y emiten electrones.
Los ingredientes de la receta universal para fabricar celdas solares son: material semiconductor absorbedor, otro tipo ventana, y material conductor (metales). Estos ingredientes se depositan sobre una superficie como el vidrio, y cada uno tiene una función. El semiconductor ventana se distingue por tener electrones adicionales que al absorber un fotón pueden moverse libremente hacia el material absorbedor -cuya principal característica es tener espacios, llamados huecos- formando un electrón-hueco, el flujo de estos es recogido por los contactos de metal que se ubican en la parte superior de la celda. De ahí fluyen a través del circuito externo para que podamos encender una lámpara, por ejemplo, antes de volver por la capa de metal en la parte posterior.
Actualmente, las celdas solares que dominan el mercado fotovoltaico están hechas de silicio, pero un material distinto busca hacerle competencia: las perovskitas.
La perovskita es un mineral conocido como titanato de calcio que al cristalizarse, sus átomos forman una red muy parecida a la de un cubo, en la que los elementos químicos se ordenan en un patrón ABO3. Sin embargo, el término perovskita también se utiliza para referirse a un grupo de minerales que se cristalizan de la misma manera que el titanato de calcio, por lo que se definió que la fórmula general de la perovskita fuera: ABX3, donde los lugares de A y B son ocupados por materiales con carga negativa y X por un material con carga positiva. Las perovskitas se han agregado a la receta universal para fabricar celdas solares, su estructura cristalina permite un sin número de combinaciones de distintos minerales que permiten el efecto fotovoltaico.
La primer celda solar de perovskita fue creada por investigadores de la Universidad de Toin de Yokohama de Japón, obtenida de haluro de plomo, este dispositivo sólo alcanzó el 3.9%. En 2011, Michel Lee, en aquel entonces estudiante de posgrado en el Laboratorio Clarendon de la Universidad de Oxford, logró crear una celda solar de perovskita con una conversión de energía solar en electricidad del 10% de eficiencia. En el 2014, Investigadores del Instituto de Investigación en Tecnología Química de Corea, desarrollaron un proceso de varias etapas para forzar la formación de una película de cristal más ordenada, con ello lograron una eficiencia del 20%.
Desde su descubrimiento, el mundo de la investigación de celdas fotovoltaicas ha apostado porque las perovskitas compitan con celdas solares de silicio, ya que es un material que se puede formar a partir de materiales que son abundantes en la Tierra, además su combinación es fácil, económica, y se usan temperaturas bajas para crear las películas delgadas con una estructura altamente cristalina. Sin embargo, a pesar de la rápida evolución de las celdas solares de perovskitas, aún quedan pendientes por resolver para poder hacer de ellas un producto comercial, entre ellos está el garantizar la seguridad de los materiales que se utilicen y su estabilidad a largo plazo.
Aún no existen en el mercado celdas solares de perovskitas, pero podemos imaginar ciudades con ventanas que generen energía eléctrica con el Sol.
Nicté Y. Luna Medina
