"El sol es el resorte que lo maneja todo. El sol preserva la vida humana y suministra toda la energía humana", dice el libro "Yo y la energía" del inventor y profeta de la ciencia Nikola Tesla. Han pasado más de 100 años de esa afirmación y es cierto que aún falta para que se transforme en vaticinio. O en algo que haga olvidar a los combustibles fósiles y por añadidura al cambio climático. Pero son pocas las energías renovables, o limpias, que a nivel global han crecido tanto como la solar.

En el partido de San Martín -en el Centro Atómico Constituyentes (CAC), de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)- un grupo de investigación trabaja con nuevos materiales para fabricar celdas y paneles solares que sean una alternativa o complemento al clásico silicio. Para ello, trabajan con perovskitas.

A favor tienen un menor costo y una captura de luz más eficiente. En el CAC intentarán evaluar su utilidad para tomar luz de interiores, o alimentar satélites en el espacio. Esto gracias a la reciente obtención de un financiamiento que viene de la provincia de Buenos Aires y a un interesante convenio con la India para el desarrollo de tecnología espacial.

Dolores Gómez, becaria postdoctoral y las tintas precursoras de perovskitas. Fotos: Silvana Colombo.

Perovskitas: qué son y cómo se fabrican las celdas solares

Las perovskitas son materiales excepcionales para la conversión de luz en energía eléctrica. "Son semiconductores directos, lo que les permite absorber mucha luz. Requieren menos material, para capturar la misma cantidad de luz que el silicio. Por eso, las celdas solares que se obtienen pueden ser más delgadas, livianas y hasta fabricarse sobre sustratos flexibles, como el plástico, o telas", señala a El Editor María Dolores Pérez, doctora en ciencias químicas, investigadora de CONICET, docente de la Universidad Nacional de San Martín (UNSAM) y responsable de esta línea de investigación en el CAC.

La perovskita es un mineral raro descubierto en los Montes Urales en 1839. Fue nombrado así en honor al minerólogo ruso Lev Perovski. Pero las celdas solares de perovskitas que desarrolla Pérez en realidad no están hechas con él. Se originan a partir de una familia de materiales que presentan la misma estructura cristalina de esa sustancia natural.

La fabricación de celdas solares a partir de estos materiales suele ser sencilla. Se parte de sales económicas y abundantes, para formar una especie de tinta, o pintura, que luego se aplica en soportes. La producción resulta más económica que aquella requerida para las celdas de silicio.

"Para fabricar silicio hay que obtener el cuarzo de una mina, purificarlo por métodos químicos muy tóxicos y luego generar el lingote a altísimas temperaturas. En un proceso total muy costoso, en cuanto a energía. Y todo a partir de combustibles fósiles", comenta Pérez.

Las celdas de perovskitas son expuestas a un sol artificial en el laboratorio para evaluar su eficiencia y medir cuanta potencia eléctrica pueden entregar al ser iluminadas. Esta práctica se ha convertido en una actividad común en la comunidad de investigadores a nivel mundial, y la optimización de procesos de producción ha generado un gran interés y expectativa.

A pesar de ser una tecnología muy reciente -con las primeras celdas reportadas en 2012- se ha logrado ya obtener el 26 % de eficiencia en el laboratorio. Las mejores celdas de silicio alcanzan allí el 26,7 %. Pero con más de cuatro décadas de estudio.

Natalia Correa Guerrero, becaria doctoral del CONICET realiza un ensayo de celdas solares. Fotos: Silvana Colombo.

De la habitación al espacio exterior

La curva de aprendizaje de esta nueva tecnología ha sido sorprendente. Pero aún no se encuentran disponibles celdas de perovskitas para uso comercial. Por ahora, el mercado a nivel mundial lo domina el silicio, ya que el 95 % de los paneles solares son construidos a partir de ese material.

"Las celdas de silicio dominan hoy en día el ámbito de la energía fotovoltaica, con grandes granjas solares, o distribuidas en los techos de varias ciudades. Pero las celdas de perovskitas, no tienen que necesariamente competir con esas aplicaciones, sino que se pueden considerar en usos totalmente novedosos y disruptivos", comenta Pérez.

Al ser tan económicas y livianas, la investigadora ve como una posibilidad el empleo de estas celdas en dispositivos móviles. "En este sentido, las celdas solares de perovskitas permitirían alimentar a estos dispositivos inteligentes, que se conectan a internet para la recopilación de datos, sin la necesidad de reponer baterías, o recargarlas con cables", señala.

El grupo que lidera Pérez acaba de recibir un financiamiento provincial. Fue otorgado por la Comisión de Investigaciones Científicas (CIC) y el Programa Provincial de Incentivos a la Generación de Energía Distribuida (PROINGED).

Gracias a este estímulo se investigará con mayor profundidad el rol de las perovskitas en dispositivos capaces de utilizar luz artificial de interiores. "Es un nicho que puede tener una gran relevancia para el desarrollo tecnológico nacional y puede despertar interés en empresas argentinas", comenta Pérez.

Por otro lado, el grupo ha sido beneficiado con un reciente convenio de cooperación con la India. La iniciativa bilateral, impulsada en el país por el Ministerio de Ciencia, Tecnología, e Innovación de la Nación, permitirá probar el desempeño de las perovskitas en condiciones espaciales.

Los satélites utilizan paneles solares que necesitan estar hechos con materiales muy escasos y costosos, como por ejemplo el arseniuro de galio. "El uso de las celdas de perovskitas permitiría reducir aún más los costos de microsatélites que hoy en día están en boga, como la constelación satelital Starlink", opina Pérez.

Victoria Gómez, María Dolores Pérez y Natalia Correa Guerrero, investigadoras. Foto: Silvana Colombo.

Las posibilidades que brinda la CNEA

"En la CNEA somos privilegiados, debido a la excelente disponibilidad de equipamiento y facilidades únicas como el acelerador de partículas TANDAR, sumado esto al excelente nivel de profesionales y técnicos en diversas áreas de las ciencias duras", refiere Pérez a El Editor.

Con su grupo, integrado por becarios doctorales y posdoctorales, colabora de manera activa con otros centros de investigación del país y del extranjero interesados en la temática. Pero como limitante a su actividad de investigación, señala la dificultad que existe en la actualidad para acceder a insumos que provienen del exterior.

A nivel mundial, las celdas de perovskitas en el trayecto hacia la aplicación comercial transitan algunos desafíos. Tienen que ver con la necesidad de lograr una mayor resistencia a condiciones ambientales, que les permitan en definitiva una mayor durabilidad.

"Los materiales de perovskitas pueden degradarse relativamente fácil, por lo que es necesario su encapsulado y correcta aislación para que perduren en el tiempo. Ya existen algunas empresas que se encuentran en este camino", comenta la investigadora.

Sobre la preocupación de posible toxicidad por el plomo presente entre sus componentes, ya existen grupos de investigación dedicados también al desarrollo de perovskitas libres de ese elemento.

Del trabajo de científicas y científicos dependerá que aquello que alguna vez escribió Tesla sea finalmente un vaticinio. O al menos, una alternativa más a los combustibles fósiles y al desolador panorama que hoy pinta el cambio climático.