Las células solares de perovskita han ganado gran fama dentro de la nueva generación de tecnología fotovoltaica. Su popularización se debe, en parte, a su fabricación asequible, por lo que muchos laboratorios, principalmente integrados por profesionales químicos, han tenido oportunidad de realizar investigación en este tipo de células.
La adquisición de insumos para su fabricación resulta más sencilla y su sintetización es un proceso de baja complejidad. Los insumos precursores para sintetización suelen ser soluciones químicas que se depositan por diferentes métodos sobre substratos, formando así películas delgadas de estructura química ABX3, donde A es un compuesto iónico, B representa iones de plomo (Pb2+) y estaño (Sn2+), y X representa iones halógenos.
Sin duda, la fabricación de las células a base de perovskita es significativamente más económica que la de las células solares III-V –producidas en base a elementos de la columna III y V de la tabla periódica–, que año tras año han dominado los récords de eficiencia mundial en la conversión de energía solar a energía eléctrica. La producción de células solares III-V es altamente compleja y demanda un alto costo derivado de los insumos especializados, como arsina y materiales metalorgánicos, y del método epitaxial de crecimiento de cada célula base [1]. Este alto costo solo puede ser cubierto por proyectos de alta inversión financiera, como lo son los proyectos espaciales. Por ejemplo, las células solares III-V se usan comúnmente como fuentes de energía en satélites.
Sin embargo, la característica más relevante de las células solares de perovskita es la eficiencia de conversión alcanzada en los últimos años, comparable a la eficiencia de las células solares III-V. Algunas células solares de perovskita ya superan el 26 % de eficiencia de conversión, una hazaña considerando su facilidad y economía en producción en comparación con las células solares multijuntura III-V más eficientes, que alcanzan el 40 % [2]. Más recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur probó una nueva célula híbrida, es decir, una juntura de una célula de perovskita con otra de silicio, cuyo material de adhesión entre ambas fue reforzado en su composición para resistir la degradación por calentamiento por cuenta de la incidencia de radiación solar [3]. El equipo anunció que esta célula híbrida alcanzó el 34 % de eficiencia, aún mejor, las pruebas que realizaron demuestran que esta preserva su perfil de operación de “fábrica” después de 1200 horas de iluminación solar continua a 65 ºC. Este es un logro mayor para la investigación en células solares de perovskita, ya que la degradación de los materiales componentes por calentamiento, a temperaturas superiores a los 55 ºC, es uno de los grandes desafíos a superar. En consecuencia, la eficiencia de conversión va reduciéndose progresivamente debido a la exposición solar continua. Por eso, la resistencia a altas temperaturas de operación que muestra esta nueva célula solar híbrida de perovskita constituye el buen indicio de una larga vida útil.
Hay un par de detalles importantes cuando se comparan células solares de perovskita con células solares III-V: estas últimas han alcanzado altas eficiencias de conversión cuando han sido fabricadas en forma de múltiples junturas semiconductoras p-n, además, bajo muy altas concentraciones solares que van desde 143 hasta 942 veces la potencia promedio de radiación solar terrestre [2]. Las células solares de perovskita, por el contrario, han mostrado eficiencias de hasta el 26.95 % [2,4,5] con estructura más simple de apenas una sola juntura, demandando, por lo tanto, menor cantidad de insumos y de etapas en su proceso de sintetización. Además, las células de perovskita alcanzan tales eficiencias sin concentración solar, anulando así la necesidad de instrumentación complementaria para el incremento de la concentración solar y, por lo tanto, energía adicional para su operación.
Ciertamente, las propiedades de las células solares de perovskita son bastante prometedoras, por ello se proyecta su comercialización en un futuro cercano. No obstante, el mercado espacial, actualmente dominado por las células III-V, es arduo de conquistar, ya que estas células se encuentran en una etapa de avanzada madurez tecnológica y poseen grande estabilidad térmica.
Ahora bien, las células de perovskita tienen amplio terreno ganado como para desbancar a las de silicio y convertirse en las favoritas de la industria de células solares terrestres. Las células solares de silicio han sido las primeras del planeta en ser globalizadas, por ello son consideradas la primera generación de células solares. Son fácilmente reconocidas por su intenso color azul, atravesado por delgadas líneas grises que vienen a ser los metales conductores de la corriente eléctrica generada. Su difusión global fue impulsada por la abundancia del silicio en la corteza terrestre, lo que permitió abaratar intensivamente el costo de producción a gran escala. A pesar de que su desarrollo tecnológico aún continúa, su eficiencia de conversión máxima se ha visto estancada en torno al 25 % en las últimas dos décadas [2]. Es aquí que las células solares de perovskita se muestran como un fuerte rival capaz de reemplazarlas, una vez que sus propiedades alcancen los requisitos de comercialización. De hecho, se prevé que las células de perovskita constituirán el estándar de la industria terrestre en la próxima década, ya que su desarrollo tecnológico continúa prosperando y su eficiencia sigue aumentando de forma gradual.
Los desafíos principales en el camino hacia la comercialización de las células solares de perovskita son, como ya se ha mencionado, mejorar tanto la estabilidad térmica bajo exposición solar como su estabilidad en condiciones medioambientales particulares, mediante la optimización de métodos para menguar la degradación por humedad relativa mayor al 50 %. Asimismo, evitar la oxidación de materiales componentes [4,5]. Uno de tales métodos es el encapsulamiento, es decir, el cubrimiento de las células con materiales de protección que no reaccionan con el agua y el oxígeno del ambiente, aunque la radiación solar absorbida por la célula puede verse disminuida. Otro reto a superar es aminorar el cambio composicional de las células de perovskita cuando en ellas incide la radiación solar ultravioleta [4]. Este sería un serio problema a resolver en el caso de ser utilizadas en regiones andinas de gran altitud en Perú y Chile, donde la intensidad de la radiación solar es de las más altas del planeta. De todas maneras, confiando en la predicción de los expertos en el área, las células solares de perovskita lograrán vencer estas limitaciones y las veremos, en un futuro próximo, integrando campos de paneles solares en distintos cantos del mundo.
Incluso, esperamos con ansias que esta tecnología pueda adaptarse rápidamente en Suramérica y, claro está, en Perú, donde también son requeridas fuentes de energía renovable de simple sintetización e insumos asequibles, a diferencia de las células solares III-V, cuya tecnología altamente costosa está vetada al financiamiento de las empresas y viviendas peruanas.
Referencias:
[1] Luque, Antonio, and Steven Hegedus, eds. Handbook of photovoltaic science and engineering. John Wiley & Sons, 2011.
[2] Interactive Best Research-Cell Efficiency Chart, The National Laboratory of the Rockies, U.S.A. https://www.nrel.gov/pv/interactive-cell-efficiency. Accesado el 11/12/2025.
[3] Zhang, Boxue, et al. “A cross-linked molecular contact for stable operation of perovskite/silicon tandem solar cells” Science 390.6775 (2025): 837-842.
[4] Yang, Chuang, et al. “Achievements, challenges, and future prospects for industrialization of perovskite solar cells” Light: Science & Applications 13.1 (2024): 227.
[5] Seyisi, T., et al. “Major challenges for commercialization of perovskite solar cells: A critical review” Energy Reports 13 (2025): 1400-1415.
Se publico originalmente en: masscience.com
#Perovskita #EnergíaSolar #InnovaciónTecnológica #EnergíasRenovables #InvestigaciónPerú #CienciaAndina #DiálogosUCSP #UCSP