Durante años, la tecnología fotovoltaica ha buscado alternativas al silicio tradicional para elevar la eficiencia en la captación de energía solar. En esta búsqueda, la perovskita ha surgido como el material prometedor del siglo XXI, aunque con un grave inconveniente: su dependencia del plomo o, en su defecto, una extrema inestabilidad al contacto con el aire y la humedad.
Un equipo de científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison ha logrado resolver este problema sin recurrir a maquinarias complejas ni a nuevos compuestos sintéticos. La solución consistió en sustituir un único átomo dentro de la estructura molecular de la perovskita de estaño. Un pequeño cambio que promete acelerar el despliegue de instalaciones solares más limpias, eficientes y duraderas.
El reto de eliminar el plomo en las células de perovskita
La perovskita es un material híbrido que combina componentes orgánicos e inorgánicos en una estructura cristalina muy eficaz para atrapar la luz solar y convertirla en electricidad. Sin embargo, las versiones con mayor rendimiento utilizan plomo, un metal pesado tóxico que plantea importantes dudas sobre el impacto ambiental y la sostenibilidad al final de la vida útil de los paneles.
Para evitar el uso de plomo, la industria enfocó su atención en las perovskitas de estaño. Aunque el estaño es una alternativa ecológica y afín a nivel químico, su rápida oxidación al exponerse a condiciones ambientales cotidianas suponía un problema notable. En cuanto el material entraba en contacto con el oxígeno o la humedad del aire, su estructura se degradaba en cuestión de horas, perdiendo casi por completo la capacidad de generar corriente.
Sustituir un solo átomo para proteger la estructura
Frente a la tendencia habitual de aplicar capas protectoras externas o sellados complejos alrededor de las células, el grupo de investigación abordó el problema desde la microarquitectura del propio compuesto. La intervención no necesitó sintetizar un material nuevo, sino sustituir un átomo de flúor por uno de cloro en la molécula orgánica que sostiene la red cristalina de la perovskita.
Esta modificación alteró la forma en la que los cristales se ensamblan entre sí. Al incorporar cloro,adoptaron una disposición mucho más compacta y ordenada, eliminando los huecos microscópicos por los que antes penetraban el aire y la humedad. Como resultado, la propia estructura del material pasó a actuar como una barrera natural contra los agentes externos sin comprometer el transporte de electrones.
Notable eficiencia y estabilidad
Los resultados del cambio a nivel atómico son significativos para el desarrollo de energía solar de tercera generación. Las células desarrolladas alcanzaron una eficiencia de conversión del 16,2 %, una cifra relevante para dispositivos basados en estaño libre de plomo.
Más allá del dato de potencia instantánea, la clave reside en la durabilidad que alcanzan estas celdas. Durante las pruebas de laboratorio en aire seco, los dispositivos mantuvieron más del 95 % de su rendimiento inicial tras 1.600 horas de exposición, equivalentes a unos 67 días. Bajo condiciones continuas de estrés operativo, con iluminación solar simulada e incremento de temperatura hasta los 55 °C, el material retuvo cerca del 80 % de su capacidad tras 1.000 horas de funcionamiento ininterrumpido.
La mejora en la estabilidad de las perovskitas sin plomo abre un horizonte de aplicación directa en el sector de la energía renovable. Obtener paneles solares más estables, eficientes y libres de metales pesados facilita una integración más sostenible en infraestructuras de recarga, tejados residenciales e incluso en la posible integración sobre las carrocerías de los coches eléctricos.