Células solares de perovskita sobre vidrio: otra razón por la que los combustibles fósiles están tostados

Nuevas células solares de perovskita de bajo costo y alta eficiencia están llegando al mercado, justo a tiempo para aprovechar los créditos fiscales de la Ley de Reducción de la Inflación.

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Las células solares de perovskita han atraído a los innovadores fotovoltaicos desde los primeros años del siglo XXI. La promesa de la perovskita de más energía a menor costo ayudará a eliminar los combustibles fósiles del panorama, pero lograr que el delicado material se comporte ha sido un desafío de siguiente nivel. Sin embargo, están empezando a surgir soluciones, y una de ellas involucra un material probado y probado desde hace siglos: el vidrio.

Para aquellos de ustedes que son nuevos en el tema, la perovskita (CaTiO3) es un mineral de óxido de calcio y titanio de origen natural, identificado por primera vez en el siglo XIX. Permaneció durante el siglo XX hasta que los investigadores aprendieron cómo reproducir su estructura en el laboratorio, produciendo células solares de perovskita sintética a un costo relativamente bajo (más cobertura de CleanTechnica aquí).

Cuando se disponen en una solución, los materiales solares de perovskita se prestan a procesos de fabricación de bajo costo. Se pueden pintar, imprimir, rociar o rociar como una película delgada sobre diferentes superficies, incluidas las flexibles.

"Además de ser relativamente económico, el factor cultivado en laboratorio puede ayudar a evitar los problemas de la cadena de suministro de silicio", señalamos a principios de este año. “Las células solares de perovskita se prestan a procesos de fabricación de alto volumen, rendimiento rápido y bajo costo. También son delgados, flexibles y livianos, lo que significa que pueden usarse en muchas más aplicaciones de las que son posibles con la tecnología del silicio”.

"Los materiales de perovskita ofrecen una excelente absorción de luz, movilidad de los portadores de carga y vida útil, lo que resulta en dispositivos de alta eficiencia con oportunidades para realizar una tecnología de bajo costo y escalable en la industria", explica el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, parte de la extensa red del Departamento de Energía. de instituciones de investigación.

Eso suena genial, excepto que las perovskitas sintéticas se degradan al aire libre. Sin embargo, a la ciencia le encantan los desafíos y pronto surgieron varias soluciones.

Una solución típica implica dopar perovskitas con plomo, lo que plantea otro desafío: cómo mantener el plomo fuera del medio ambiente en caso de daños o percances en el procesamiento al final de su vida útil. Entre las soluciones se encuentran recubrimientos que absorben plomo y se reparan automáticamente. También se están desarrollando aditivos que impidan que la célula solar se disuelva en agua.

Algún día podría estar en proceso una célula solar totalmente de perovskita. Mientras tanto, están surgiendo soluciones a corto plazo que combinan perovskitas con células solares de silicio para aumentar la eficiencia.

Como lo describe la startup de perovskita Caelux, el objetivo de la industria para las células solares en tándem de perovskita disponibles comercialmente es un mínimo de 30% de eficiencia de conversión solar. Caelux parece confiar en que podrá acercarse a ese objetivo con su fórmula para el vidrio recubierto de perovskita.

"Las tecnologías patentadas de Caelux mejoran el rendimiento de cualquier nuevo módulo de silicio cristalino, haciendo que la energía solar sea más potente y rentable", explica la empresa. "Su producto estrella, Caelux™ One, es un producto innovador que se integra perfectamente en los procesos de fabricación de módulos fotovoltaicos existentes".

Si entendiste eso de los nuevos módulos de silicio, es importante. El rendimiento de la célula solar en tándem mejorada por Caelux puede aprovechar las últimas mejoras en la eficiencia de conversión solar de la tecnología de silicio para aumentar el rendimiento general del módulo solar.

Una buena pregunta es si una capa de material de perovskita sobre vidrio interfiere o no con la eficiencia de conversión de la capa de silicio. Lo hace, pero el jugo extra de la capa de perovskita marca la diferencia y algo más.

El año pasado, la consultora ReThink Energy utilizó el ejemplo de una celda de silicio con una eficiencia del 22%. Su eficiencia de conversión cae al 10% con vidrio recubierto de perovskita, pero el total total asciende al 27,5%. La diferencia del 5,5% tendrá un impacto significativo en la producción de un panel solar a lo largo de su vida útil.

Al parecer, el dinero inteligente ha estado escuchando. El pasado mes de septiembre, la empresa india Reliance Industries envió a su filial Reliance New Energy con la misión de adquirir el 20% de Caelux con una inversión de 12 millones de dólares.

A principios de esta semana, Reliance contribuyó para ayudar con una ronda adicional de la Serie A. Liderada por la firma de inversión global Temasek, con sede en Singapur, la nueva ronda ascendió a otros 12 millones de dólares. Otros participantes incluyeron el nombre familiar de Khosla Ventures, Mitsui Fudosan y Fine Structure Ventures.

La conexión con Mitsui es interesante porque su empresa matriz es la segunda empresa inmobiliaria más grande de Japón. También tienen una sucursal en EE.UU., lo que podría encajar con los planes de Caelux de irrumpir en el mercado de la energía solar sobre tejados.

Fine Structures se centra en innovaciones disruptivas en sus primeras etapas. La empresa tiene más de 300 patentes en su cartera, que incluye la startup de electrificación siderúrgica Boston Metal. Otra startup de interés en la cartera de Fine es VEIR, que se centra en nueva tecnología de transmisión de energía renovable con superconductores de alta temperatura.

La financiación de la Serie A se destinará a la construcción de una nueva planta de fabricación de Caelux en Baldwin Park, California. Si todo va según lo planeado, las nuevas instalaciones servirán como demostrador de viabilidad que conducirá a sitios adicionales en los EE. UU., así como en Asia y América Latina.

Caelux surgió de la investigación en CalTech, el Instituto de Tecnología de California, por lo que no sorprende ver su fórmula Caelux One incluida en un análisis reciente de aplicaciones en el espacio exterior para células solares de perovskita, centrándose en misiones en el espacio profundo tan lejos como Neptuno.

Los investigadores observaron el rendimiento de las células solares de perovskita en las condiciones de baja intensidad y baja temperatura que se esperan en el espacio profundo.

"Las PSC [células solares de perovskita] muestran características de rendimiento prometedoras en la mayoría de las condiciones LILT [baja intensidad, baja temperatura] incluso después de la exposición a protones de baja energía", concluyeron, aunque advirtieron que la idea es un trabajo en progreso.

"Sin embargo, la eficiencia celular medida tiende a disminuir a temperaturas extremadamente bajas, lo que sugiere que una mayor investigación sobre arquitecturas y materiales celulares podría mejorar las PSC para aplicaciones en el espacio profundo", explicaron.

Mientras tanto, aquí en la Tierra, los actores de la energía fósil pasaron los primeros 20 años aproximadamente del siglo XXI apoyándose en el costo relativamente alto de las células solares de silicio. Esos costos han ido cayendo, y una nueva mejora de próxima generación en la tecnología de células solares de silicio borrará la ventaja fósil para siempre.

Los funcionarios republicanos a nivel estatal han estado despotricando, delirando, legislando y planteando amenazas legales contra las inversiones ESG (ambientales, sociales y de gobernanza), pero eso es una señal de desesperación, no de fuerza.

El olor a desesperación ha llegado a una etapa apestosa desde la aprobación de la Ley de Reducción de la Inflación, que se convirtió en ley el año pasado con exactamente cero apoyo de los republicanos en el Congreso. El Departamento de Energía llama al IRA “la mayor inversión en clima y energía en la historia de Estados Unidos”, y se refiere tanto a dólares privados como públicos.

Después de sólo 12 meses, a la IRA se le atribuye haber atraído un total de más de 10 mil millones de dólares en nuevas inversiones en fabricación de energía solar, de un total de más de 110 mil millones de dólares destinados a nuevas empresas de fabricación de energía limpia.

En conjunto o no, es casi seguro que nuevas células solares de perovskita estarán en el mercado antes de que expiren los créditos fiscales del IRA. Eso agregará a la combinación la potencia de fuego de bajo costo y una mayor eficiencia de conversión solar. ¿Y ahora qué, enemigos de ESG?

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Imagen (captura de pantalla): Mejoras en la eficiencia de las células solares con perovskitas, cortesía de Caelux.

Tina se especializa en sostenibilidad militar y corporativa, tecnología avanzada, materiales emergentes, biocombustibles y cuestiones de agua y aguas residuales. Las opiniones expresadas son suyas. Síguela en Twitter @TinaMCasey y Spoutible.

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