Científicos del Departamento de Física de la Universidad de Oxford han desarrollado un enfoque revolucionario que podría generar cantidades crecientes de electricidad solar sin necesidad de paneles solares basados en silicio. En lugar de ello, su innovación funciona recubriendo un nuevo material generador de energía en las superficies de objetos cotidianos como mochilas, automóviles y teléfonos móviles.
Este nuevo material absorbente de luz es, por primera vez, lo suficientemente delgado y flexible como para aplicarse en la superficie de casi cualquier edificio u objeto común. Utilizando una técnica pionera desarrollada en Oxford, que apila múltiples capas absorbentes de luz en una sola célula solar, han logrado aprovechar un rango más amplio del espectro de luz, permitiendo generar más energía a partir de la misma cantidad de luz solar.
Este material ultradelgado, que utiliza el llamado enfoque de multiunión, ha sido certificado de forma independiente para entregar más del 27% de eficiencia energética, igualando por primera vez el rendimiento de los materiales tradicionales de una sola capa conocidos como fotovoltaicos de silicio. El Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST) de Japón otorgó su certificación antes de la publicación del estudio científico de los investigadores a finales de este año.
«Durante solo cinco años experimentando con nuestro enfoque de apilamiento o multiunión, hemos elevado la eficiencia de conversión de energía de alrededor del 6% a más del 27%, cerca de los límites de lo que los fotovoltaicos de una sola capa pueden lograr hoy en día», dijo el Dr. Shuaifeng Hu, investigador postdoctoral en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford. «Creemos que, con el tiempo, este enfoque podría permitir que los dispositivos fotovoltaicos logren eficiencias mucho mayores, superando el 45%.»
Esto se compara con alrededor del 22% de eficiencia energética de los paneles solares actuales (lo que significa que convierten alrededor del 22% de la energía en luz solar), pero la versatilidad del nuevo material ultradelgado y flexible también es clave. Con poco más de un micrón de grosor, es casi 150 veces más delgado que una oblea de silicio. A diferencia de los fotovoltaicos existentes, generalmente aplicados en paneles de silicio, este material puede aplicarse a casi cualquier superficie.
«Al utilizar nuevos materiales que se pueden aplicar como un recubrimiento, hemos demostrado que podemos replicar y superar el silicio, al mismo tiempo que ganamos en flexibilidad. Esto es importante porque promete más energía solar sin la necesidad de tantos paneles basados en silicio o granjas solares especialmente construidas», dijo el Dr. Junke Wang, investigador postdoctoral Marie Skłodowska Curie en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford.
Los investigadores creen que su enfoque continuará reduciendo el costo de la energía solar y también la convertirá en la forma más sostenible de energía renovable. Desde 2010, el costo promedio global de la electricidad solar ha caído en casi un 90%, haciéndola casi un tercio más barata que la generada a partir de combustibles fósiles. Las innovaciones prometen ahorros adicionales de costos a medida que nuevos materiales, como el perovskita de película delgada, reducen la necesidad de paneles de silicio y granjas solares construidas específicamente.
«Podemos imaginar recubrimientos de perovskita aplicados a tipos más amplios de superficies para generar energía solar barata, como los techos de automóviles y edificios, e incluso la parte trasera de los teléfonos móviles. Si se puede generar más energía solar de esta manera, podemos prever una menor necesidad a largo plazo de utilizar paneles de silicio o construir más y más granjas solares», añadió el Dr. Wang.
Los investigadores forman parte de un equipo de 40 científicos que trabajan en fotovoltaicos, liderados por el Profesor de Energía Renovable Henry Snaith en el Departamento de Física de la Universidad de Oxford. Su trabajo pionero en fotovoltaicos, y especialmente en el uso de perovskita de película delgada, comenzó hace aproximadamente una década y se beneficia de un laboratorio robótico hecho a medida.
Su trabajo tiene un fuerte potencial comercial y ya ha comenzado a aplicarse en las industrias de servicios públicos, construcción y fabricación de automóviles. Oxford PV, una empresa británica derivada del Departamento de Física de la Universidad de Oxford en 2010 por el cofundador y director científico Henry Snaith para comercializar fotovoltaicos de perovskita, recientemente comenzó la fabricación a gran escala de fotovoltaicos de perovskita en su fábrica en Brandenburg-an-der-Havel, cerca de Berlín, Alemania. Esta es la primera línea de fabricación en volumen del mundo para células solares en tándem «perovskita-sobre-silicio».
«Originalmente consideramos sitios en el Reino Unido para comenzar la fabricación, pero el gobierno aún no ha igualado los incentivos fiscales y comerciales ofrecidos en otras partes de Europa y Estados Unidos», dijo el Profesor Snaith. «Hasta ahora, el Reino Unido ha pensado en la energía solar puramente en términos de construir nuevas granjas solares, pero el verdadero crecimiento vendrá de la comercialización de innovaciones. Esperamos que la recientemente creada British Energy dirija su atención a esto.»
«Las últimas innovaciones en materiales y técnicas solares demostradas en nuestros laboratorios podrían convertirse en una plataforma para una nueva industria, fabricando materiales para generar energía solar de manera más sostenible y económica utilizando edificios, vehículos y objetos existentes», añadió el Profesor Snaith. «El suministro de estos materiales será una nueva industria de rápido crecimiento en la economía verde global, y hemos demostrado que el Reino Unido está innovando y liderando el camino científicamente. Sin embargo, sin nuevos incentivos y un mejor camino para convertir esta innovación en fabricación, el Reino Unido perderá la oportunidad de liderar esta nueva industria global», concluyó el Profesor Snaith.