La revolución fotovoltaica busca un caballo ganador (y puede ser la perovskita) 

La energía solar fotovoltaica es uno de esos avances tecnológicos que cambiarán el mundo y ayudarán en la descarbonización. Esta forma de capturar la energía del sol y convertirla en fluido eléctrico ha experimentado una revolución gracias a materiales como la perovskita. ¿Qué significan estos avances? ¿De dónde vienen? ¿A dónde llevan? 

Ignacio Mártil, Catedrático de electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física, nos ayuda a entender la importancia de los nuevos materiales, cómo influye su innovación en la tecnología fotovoltaica o cómo será el futuro de la energía solar. Así es el futuro de la generación de energía. 

La impresionante historia fotovoltaica 

Todas las tecnologías fotovoltaicas han mejorado su eficiencia desde que se tienen registros. El resumen de NREL, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables del gobierno estadounidense, muestra innovaciones continuas a lo largo de décadas. Si la eficiencia a mediados del siglo XX apenas rozaba el 1 %, en la actualidad hay prototipos que superan el 45 %. 

Esto se ha visto también en el precio. Las primas verdes —las ayudas a tecnologías económicamente no competitivas, pero sí necesarias por su componente sostenible— han hecho posible una reducción notable del coste fotovoltaico. En 1976, producir un vatio costaba 100 dólares estadounidenses. Pero cada vez que se doblaba la capacidad instalada el coste se reducía en un 20 %, un fenómeno llamado Ley de Swanson. En la actualidad, el coste de producción ronda los 0,25 euros/vatio, y aún bajando. 

En España, comenta Ignacio Mártil, “se aceleró especialmente en los años 2007 a 2008, cuando se instalaron 2700 MW fotovoltaicos”. Aunque se siguen pagando algunos costes, “el efecto a largo plazo de aquello fue que el precio del vatio solar es muy competitivo”. 

Es más, es tan competitivo que la Agencia Internacional de las Energías Renovables confirmó en 2021 que la fotovoltaica era la forma más barata de la historia de obtener energía eléctrica. La forma más eficiente para obtener energía térmica es la aerotermia. 

Perovskitas: fotovoltaica barata y altamente eficiente 

Como en cualquier otra tecnología, los paneles fotovoltaicos tienen “un límite absoluto a la eficiencia”, señala Ignacio Mártil: el 32,5 % en el caso de células compuestas por una sola capa absorbente. Si esa capa es de silicio, este límite se reduce al 30 %, y en la actualidad ya “hay células solares de silicio con eficiencias próximas al 26 %”. 

Es hora de introducir nuevos materiales que eleven ese límite y, de hecho, se hace raro imaginar un futuro en el que las placas solares sean de un único material. Llevamos décadas experimentando con todo tipo de materiales, más o menos exóticos. 

Uno de estos materiales es la perovskita, “una clase de materiales que se encuentran en la naturaleza y que también se pueden sintetizar en un laboratorio”. Se conocen al menos desde 1839, año en que el químico alemán Gustav Rose la localizó en los Montes Urales. Pero lo cierto es que la perovskita se puede sintetizar con más del 90 % de los metales conocidos. 

Si volvemos a observar la gráfica de NREL, se podrá localizar las células de perovskita por su círculo amarillo con un contorno naranja. Su eficiencia crece más rápido que otras tecnologías, y es por ello que “han experimentado un crecimiento sin precedentes entre las tecnologías fotovoltaicas de nueva generación”. Esta eficiencia ya ronda el 25 % en células individuales. 

Pero, además, las células tándem, “en las que una célula de perovskita se coloca encima de una de silicio”, ya tienen eficiencias del 30 %, la misma cifra del límite máximo de los paneles de solo silicio. Si esto no fuese lo suficientemente interesante, “es posible fabricarlas en cantidades industriales con bajas inversiones”. Es decir, son baratas. 

Fotovoltaica multicapa, así se exprime el sol 

La luz, y esto incluye la luz solar, es la suma de muchos niveles de energía que se solapan y suman entre sí. La descomposición de la luz en un arcoiris es un ejemplo de cómo se separan estas ‘capas’ de luz. Formalmente, frecuencias de radiación lumínica. ¿Pueden los paneles fotovoltaicos extraer energía de cada ‘color’ de luz? Lo cierto es que sí, gracias a paneles multicapa o multiunión. 

Descomposición de la luz blanca en el espectro de radiación visible, cuyo resultado es un arcoiris. 

“A base de combinar células solares construidas con elementos de las columnas III y V de la Tabla Periódica (GaAs, GaInP, GaInAs, etc.)”, comenta Ignacio Mártil, se consiguen eficiencias muy elevadas. Las células fotovoltaicas multiunión “dividen la luz solar en «porciones», cada una de las cuales es absorbida (y convertida en energía eléctrica) por cada una de las células individuales del conjunto”. 

Cuando la luz llega a la capa de arriba, e impacta contra ella, la primera capa absorbe parte de la energía, pero deja pasar aquella que no es capaz de recoger. El proceso se repite capa a capa, y en cada una de ellas se recoge una franja de frecuencias de los fotones. El resultado conjunto es conseguir “eficiencias cercanas al 40 %”. Esto marca un antes y un después en generación solar. 

Sin embargo, a diferencia de las células de perovskita, las multicapa tienen un coste aún elevado debido a su alta complejidad. “Su uso se limita a aplicaciones muy específicas como los satélites artificiales y los exploradores robóticos del Sistema Solar”, añade Ignacio Mártil, aplicaciones en las que el coste resulta justificable por su retorno. Dicho esto, como ya pasase con el resto de paneles, es cuestión de tiempo que los procesos de fabricación se abaraten. 

Proteger la biodiversidad usando avances tecnológicos que cambiarán el mundo 

“La energía solar fotovoltaica” es, junto al resto de renovables, “la tecnología que mejor puede ayudar a reducir los efectos nocivos del calentamiento global”. No solo no genera emisiones de gases de efecto invernadero hacia la atmósfera, sino que, además, la radiación solar se puede considerar una fuente inagotable. Al menos para nuestro nivel tecnológico y consumo energético global. 

La fotovoltaica tiene otras ventajas importantes a la hora de proteger la biodiversidad: puede ubicarse sobre el tejido urbano y junto a los núcleos de consumo. Si bien es cierto que en ocasiones las grandes plantas fotovoltaicas han ocupado terreno agrícola o silvestre, lo cierto es que se puede hacer un buen uso de esta tecnología, ubicándola allí donde sea necesario producir. 

Los paneles de perovskita se unen a otras innovaciones ‘fotovoltaicas’ como las placas nocturnas o las baterías de congelación-descongelación. Toda nueva invención suma a la hora de lograr avances tecnológicos que cambiarán el mundo para mejor.