Un equipo de investigadores está utilizando un robot llamado RoboMapper, desarrollado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte, para investigar nuevos semiconductores que tengan aplicación práctica en el desarrollo de nuevas células solares fotovoltaicas. Este terreno ha sido siempre tradicionalmente un campo en el que la forma de avanzar es mediante «ensayo y error». El nuevo ingenio permite multiplicar entre 10 y 14 veces la velocidad de esos ensayos, al tiempo que produce un menor impacto ambiental.
Eficiencia solar: un terreno de lentos avances
Para captar la energía solar y convertirla en electricidad se utilizan grandes paneles con células solares que están compuestos por células solares más pequeñas fabricadas con materiales semiconductores, tradicionalmente silicio. Lo que hacen es transformar los fotones de la luz en energía eléctrica; esta electricidad se almacena en baterías y luego puede alimentar hogares o mover un coche. Pero no toda la energía se aprovecha, porque una parte se pierde. La forma de calcular la eficiencia de una de estas celdas, o un panel, es dividir la energía neta que puede generar respecto al total que recibe.
Esta eficiencia es simplemente un porcentaje: una célula con una eficiencia del 10% convertirá el 10% de la energía que recibe en forma de luz solar en electricidad, mientras que una del 20% será el doble de eficiente.
Es difícil decir cuál es la eficiencia promedio de los paneles solares actuales, pero se suele cifrar entre el 15% y el 22% según su composición y materiales, aunque en algunos casos se llega al 30% y con ciertos materiales experimentales se ha logrado hasta el 40%. Lo que está claro es que cada punto porcentual es un avance: pasar del 30 al 31% de eficiencia en un tipo de celdas concreto que pueda entrar en un proceso de fabricación a nivel industrial supone aumentar un 3% su capacidad, así que todo progreso es significativo y hay una gran lucha por cada décima. En la web del National Renewable Energy Laboratory (NREL) hay un Gráfico interactivo de eficiencia celular, con datos históricos de diversos tipos de células: de cristales de silicio, de película, orgánicas, de perovskita y otros.
Más pruebas en menos tiempo
Uno de los materiales más prometedores en las investigaciones sobre células fotovoltaicas es la perovskita, un mineral del que lo más interesante es su estructura. De hecho en vez del propio mineral se pueden utilizar híbridos orgánicos-inorgánicos a base de plomo o haluro de estaño (compuestos metálicos) que tengan la estructura de la perovskita y conviertan entonces la energía de la luz solar con gran eficiencia. En los últimos años pasaron del 25,7% al 29,8% y ya han superado el 30%, llegando al 33%. Hay un límite físico teórico del 45%, que todavía queda muy lejos.
La principal ventaja de estos compuestos es que son relativamente baratos de producir y fáciles de fabricar. Una de sus características es que pueden actuar sobre diversas partes del espectro solar; lo complicado es identificar los que son viables, porque las posibilidades son muchas, pero aquí es donde entra en acción RoboMapper.
El proceso habitual para probar nuevos materiales es parecido al de una cadena de montaje: se fabrica una célula, se coloca en un chip, se le van haciendo diversas pruebas por orden, se anotan los resultados y finalmente se analizan. En cambio RoboMapper puede hacerlo en paralelo, combinando docenas de compuestos de perovskita en un mismo chip, haciendo las pruebas de forma simultánea y extrayendo los resultados de una sola vez.
Resultados prometedores y respetuosos con el medio ambiente
El resultado no solo es más eficiente y rápido; también es más barato y además es más sostenible y respetuoso con el medio ambiente, porque no desperdicia tantos materiales. Del mismo modo que el proceso es diez veces más rápido, también se ha calculado que es diez veces menos contaminante.
El trabajo con el RoboMapper, que ha sido desarrollado por un equipo multidisciplinar de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, el Laboratorio Nacional de Brookhaven y también de la Universidad Rey Juan Carlos en Cartagena, no solo es prometedor porque pueda descubrir con nuevos materiales y estructuras eficientes, sino también por esta nueva metodología. Un avance prometedor para las investigaciones de este tipo, que no solo pueden acelerarse sino además ser más sostenibles.
