A partir de la utilización de ciertas estructuras químicas como las de tipo perovskita, el empleo generalizado de energías renovables, como la solar, pueden constituirse en alternativa competitiva a las tecnologías tradicionales, afirmó Diego Solís Ibarra, investigador del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la UNAM.
Se trata de un mineral hecho de trióxido de titanio y de calcio, relativamente raro en la corteza terrestre; se cristaliza y forma una estructura química de rombo. Fue descubierta en los Montes Urales de Rusia por Gustave Rose, en 1839, y nombrada en honor del minerologista ruso Lev Alekseyevich von Perovski.
El nombre se aplica también a un grupo general de cristales que presentan la misma estructura de dicho mineral, aunque cambien sus componentes químicos esenciales. Con estos materiales ensayan varios grupos de investigación en el mundo, entre ellos uno del IIM de la UNAM, para lograr celdas solares más eficientes, informó Solís Ibarra.
El investigador ofreció la plática “De la química a la luz: celdas solares, LEDS y el fascinante mundo de las perovskitas”, como parte del ciclo de conferencias La ciencia más allá del aula, iniciativa de divulgación científica de la Facultad de Química (FQ) de la UNAM, fundada y coordinada por Lena Ruiz Azuara, investigadora emérita de esta entidad académica, quien fungió como presentadora.
En el encuentro, realizado en el auditorio B de la FQ, en formato híbrido, Solís Ibarra detalló: el Sol es una vasta fuente de energía, pues en 20 días irradia el equivalente a todo el carbón, petróleo y gas conocidos en la Tierra. Y aunque no podemos captar toda su energía, en la actualidad se desarrollan nuevos productos para absorber lo más posible.
Hasta ahora, los paneles solares para captarla se elaboran básicamente de silicio cristalino, lo cual los hace duraderos, con buena eficiencia de absorción, tecnología establecida y económicamente rentables, expuso.
El químico consideró que estos productos tienen en su contra el alto costo, la contaminación asociada y el límite de eficiencia. Para solucionar este inconveniente y reducir su costo, Solís Ibarra y sus colaboradores ensayan con celdas solares de perovskita, las cuales tuvieron en 2009 una eficiencia de 3.8 por ciento, y para 2023 mejoraron hasta captar 26.1 por ciento de la energía solar.
Las que ocupan los científicos respetan la estructura básica de rombo del mineral natural, pero pueden desarrollarse de diversas combinaciones químicas.
El científico mencionó algunas de las propiedades de las perovskitas: son semiconductores, aislantes, conductores y hasta superconductores. Por ello, son útiles como ferroeléctricos (sólidos con una polarización espontánea, incluso en ausencia de campo eléctrico); piezoeléctricos (con la capacidad de concebir carga eléctrica interna a partir de la tensión mecánica); magnetorresistentes (es decir, que cambia la resistencia eléctrica de un conductor cuando se le aplica un campo magnético); y conductores iónicos (que contienen iones, átomos con una carga eléctrica).
Entre las ventajas de las celdas solares de estructura con dicho mineral, están: alta eficiencia de conversión; elevados coeficientes de absorción solar; precursores de los materiales baratos y abundantes; versatilidad de procesamiento; defectos benignos y gran movilidad de electrones y huecos.
Solís Ibarra también se refirió a sus desventajas, entre ellas: sensibilidad a la humedad; problemas de escalabilidad; toxicidad del plomo que contienen; componente quebradizo y lograr su estabilidad a largo plazo.
El investigador detalló que para fabricar celdas solares con capacidad de un megawatt se requieren siete toneladas de silicio; sin embargo, se puede lograr con 35 gramos de materiales con estructura de perovskita.
Con estos insumos se ensayan además nuevas aplicaciones para producir diodos emisores de luz (LED, por el acrónimo en inglés de Light Emitting Diode), los cuales son tecnologías ahorradoras y de alta eficiencia.
Incluso se pueden desarrollar fotocatalizadores (materiales semiconductores que actúan acelerando la velocidad de las reacciones químicas de oxidación) y fotodetectores (sensores que generan una señal eléctrica dependiente de la luz u otra radiación electromagnética que recibe).