El Instituto de Nanociencia y Nanotecnología estudia la elaboración de celdas solares a base de perovskitas. A diferencia de las tradicionales de silicio: son menos costosas, más sencillas de producir y sustentables en términos ambientales. Un nicho de mercado con un potencial enorme.
Desde 2016 el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN), perteneciente a la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y el CONICET, viene estudiando la producción de celdas solares a base de perovskitas, que han demostrado tener una serie de ventajas comparativas con las tradicionales de silicio.
Ahora, a través del financiamiento de la Convocatoria CyTEB (1), impulsada por la Comisión de Investigaciones Científicas (CICPBA) y el Programa Provincial de Incentivos a la Generación de Energía Distribuida (PROINGED), proyectan el desarrollo de unos innovadores dispositivos para alimentar artefactos eléctricos de bajo consumo, ya sea hogareños, para oficinas o establecimientos industriales.
El impulso de esta tecnología en la Provincia puede ser clave en los próximos años. Según indican desde el equipo de investigación, “las celdas solares de perovskitas están proyectadas a dominar más del 29% del mercado fotovoltaico para el 2030”, y su desarrollo es más sencillo, económico y sustentable que las celdas tradicionales.
Ventajas por todos lados
Las celdas solares son dispositivos electrónicos capaces de transformar energía lumínica en energía eléctrica. Para fabricarlas, desde los años ‘70 se viene utilizando silicio, elemento químico que se obtiene a partir de sílice, que se extrae del cuarzo. Actualmente el 95% del mercado está abastecido por este tipo de celdas.
La extracción de este material es costosa y compleja. Pero en 2012 a nivel mundial se empezó a probar el desarrollo de celdas solares con otro insumo: la perovskita. Se trata de un mineral raro, descubierto en los Montes Urales (que separan Europa y Asia) en 1839. Las celdas en realidad no se hacen de ese material, si no de una familia de elementos con la misma estructura cristalina.
“Es un material que tiene la estructura del mineral original, pero tiene otros elementos que lo componen. En vez de tener calcio, titanio y oxígeno, tiene carbono y otro metal que es el plomo. Se reemplazan algunos átomos por otros, y tiene la particularidad de que uno de los elementos es una sustancia orgánica”, explicó la Doctora en Química María Dolores Pérez, investigadora del INN y directora del proyecto.
“Una de las grandes ventajas respecto del silicio, es que los métodos de fabricación de las celdas de perovskitas son mucho más sencillos. El silicio involucra un proceso de minería, porque primero hay que extraer el cuarzo, que después hay que procesarlo para que se purifique. Luego hay que crecer el material de manera controlada y hacer los lingotes. Una vez que tenemos sólo silicio hay que hacer las celdas solares y después procesar los módulos. Entonces, involucra una serie de pasos que consumen un montón de energía y que son muy caros”, remarcó la investigadora.
En cambio, en el caso de las celdas solares de perovskitas: “las materias primas están disponibles, son muy accesibles. Además utilizan muchísimo menos material, las cantidades son mínimas y lo único que hay que hacer es fabricar una tintura y pintar los sustratos. Son procesos mucho menos costosos y más fáciles de realizar”.
En términos de eficiencia, actualmente son similares, pero hay una que tiene más futuro que la otra: las celdas de silicio se vienen desarrollando hace 40 años y su eficiencia alcanzó un límite que ya no tendrá modificaciones sustanciales. “A diferencia de las de perovskita, que tienen nada más que doce años de estudio y ya superan la eficiencia del silicio. Entonces lo que se prevé es que las celdas de perovskita van a superar ampliamente a las otras en la medida en que se las siga estudiando”, indicó Pérez.
Conocimiento, soberanía y transferencia de tecnología
Las celdas solares a base de perovskitas tienen una ventaja más: “los paneles son super livianos, requieren muy poco material, a diferencia del silicio que suele tener grosores muy grandes”. Por esa razón, permite la elaboración de celdas más delgadas que se pueden adosar a sustratos más flexibles (como plásticos o telas) y proyectar así productos finales más pequeños.
El equipo de investigación del INN planea desarrollar celdas que sean fuente de alimentación de artefactos de bajo consumo energético y uso cotidiano como los cargadores, controles remotos, timbres, pilotos de cocina, controladores de procesos o displays, entre otros. Cuentan para eso con un grupo colaborador de profesionales en ingeniería, electrónica y técnicos.
“Estamos pensando en dispositivos basados en lo que se llama “Internet de las cosas”, que son en general controladores o displays de procesos. Dentro de una fábrica uno puede tener displays que van indicando la temperatura, la humedad, o que alimentan sensores, de distintas condiciones ambientales que son claves para un proceso en una industria. Entonces un operario o jefe de planta tiene que estar pensando en que no se descarguen esos dispositivos para poder cumplimentar con los distintos procesos. Pero si se le agrega un panel solar, ya se olvida de que esos dispositivos hay que cambiarle la batería o controlar que estén cargados o enchufarlos”, detalló la investigadora.
La fuente de energía para estos artefactos no sería necesariamente la luz solar: “Pensamos en dispositivos de bajo consumo y que puedan ser cargados a través de cualquier tipo de iluminación, inclusive iluminación de interior. Y también si nos da la potencia, podemos diseñarlo en dispositivos móviles, por ejemplo el celular. Tenerlo en el escritorio y que se esté cargando mientras la persona está en la oficina trabajando, que no se necesite el enchufe”.
Para entender la dimensión de este desarrollo, hay que pensar a largo plazo. Se trata de un producto que a nivel mundial aún está en investigación, por lo que no está instalado en el mercado. El hecho de que su fabricación sea sencilla y que el país cuente con recursos humanos capaces de diseñar estos dispositivos, puede poner a la Argentina ante una oportunidad de desarrollo nacional de nuevas tecnologías y de soberanía energética.
En ese sentido, la inversión en esta temática se vuelve estratégica: un paso previo a la generación energética a gran escala en base a este tipo de celdas solares de producción sencilla, económica y sustentable.
A comienzos de la semana que viene, la Provincia de Buenos Aires reglamentará la Ley de Generación Distribuida, orientada a la reflexión sobre los criterios para el consumo y producción a partir de la generación de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables producida por los propios usuarios de la red de distribución en el mismo punto donde se encuentra la demanda. Es decir, producir electricidad donde se la consume. Por ejemplo, el hogar.