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Fotovoltaica de perovskita: ¿la próxima gran tecnología solar?

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La energía solar es una de las tecnologías de energías renovables de más rápido crecimiento. Sólo en 2023 se instalarán más de 340 GW de nueva energía solar. Con el aumento de la demanda de energía, la preocupación por la seguridad energética y los crecientes objetivos de descarbonización, se prevé que las instalaciones de energía solar no hagan más que crecer. El silicio domina actualmente el mercado solar.

Las inversiones sustanciales, las iniciativas gubernamentales y la investigación constante para permitir una reducción en el coste de la energía solar han ayudado a impulsar un crecimiento significativo de esta tecnología. Sin embargo, la energía solar de silicio está alcanzando un límite de eficiencia, junto con esto, la naturaleza rígida y pesada de la tecnología restringe su ámbito de aplicación global. La fotovoltaica de perovskita ha suscitado un gran interés como tecnología alternativa a la energía solar debido a sus propiedades ligeras y flexibles y a sus costes de fabricación significativamente más bajos.

Se prevé que el mercado fotovoltaico de la perovskita supere los 11.750 millones de dólares en 2035. Fuente: IDTechEx

En su nuevo informe, «Perovskite Photovoltaic Market 2025-2035: Technologies, Players & Trends», IDTechEx cubre exhaustivamente el mercado fotovoltaico de perovskita, incluyendo las tendencias emergentes y las áreas de aplicación que impulsan su crecimiento, junto con una evaluación detallada de los tipos de tecnología clave, a saber, perovskita de película delgada, tándem perovskita/silicio y tándem todo-perovskita. La evaluación comparativa basada en datos de las principales tecnologías solares, junto con una evaluación en profundidad de los actores clave y emergentes, ayuda a formular previsiones de mercado granulares a 10 años para todo el mercado fotovoltaico de perovskita. La evaluación adicional de los procesos de fabricación escalables, las tendencias clave de los materiales y las aplicaciones alternativas de la perovskita fotovoltaica se utilizan para formar un punto de vista holístico de las perspectivas del mercado solar de la perovskita, con IDTechEx pronosticando que los ingresos anuales de la perovskita fotovoltaica alcanzarán casi 12.000 millones de dólares en 2035.

Las perovskitas son una clase de materiales con una estructura cristalina cúbica en forma ABX3. En las perovskitas semiconductoras (utilizadas para la fotovoltaica), el sitio A suele estar ocupado por un gran catión orgánico, ya sea metilamonio (MA+) o formamidinio (FA+). El sitio B está ocupado por plomo o estaño y coordinado octaédricamente por iones haluro (sitio X). Las células solares de perovskita pueden depositarse como una capa fina, normalmente de 5 a 500 nm de espesor, mediante procesos de deposición basados en soluciones. La capa activa de perovskita se deposita sobre un sustrato de vidrio o plástico y se intercala entre las capas de transporte de electrones y huecos y los electrodos, que permiten la conducción efectiva de la carga para alimentar una carga externa. La fabricación de células solares de perovskita es compatible con la fabricación hoja a hoja o rollo a rollo, lo que permite una fabricación escalable y automatizada, muy atractiva desde el punto de vista financiero. La síntesis de la perovskita también requiere materias primas relativamente abundantes y de bajo coste, lo que contribuye a reducir considerablemente los costes de fabricación.

La fotovoltaica de perovskita puede dividirse en células solares de unión simple o en tándem. Todas las tecnologías solares de una sola unión poseen una eficiencia máxima teórica de conversión de potencia (PCE) de aproximadamente el 30%. Al igual que ocurre con las células solares de silicio, las células solares de perovskita de una sola unión alcanzarán una meseta de eficiencia. Por su ligereza y flexibilidad, las células solares de perovskita de una sola unión se están estudiando para su uso en aplicaciones fotovoltaicas integradas en edificios, en las que el panel solar sustituye a los materiales de construcción, como las ventanas. Hasta ahora ha sido un sector de aplicación limitado, pero se prevé un crecimiento con el aumento de las capacidades de fabricación de perovskita. Las continuas innovaciones tecnológicas para mejorar la durabilidad y la reducción de costes gracias a las economías de escala contribuyen a una mayor aceptación de la perovskita fotovoltaica.

Es posible superar el límite de eficiencia de las células solares de unión simple empleando una arquitectura de dispositivos en tándem. Apilando dos subceldas una sobre otra, el límite de PCE del dispositivo aumenta hasta aproximadamente el 43%. Una vez más, debido a su bajo coste y a su naturaleza ligera, las perovskitas ofrecen una importante oportunidad para el desarrollo de una célula solar de alto rendimiento. Las propiedades ópticas de las perovskitas pueden modificarse manipulando la composición química del material. Se pueden producir perovskitas capaces de absorber longitudes de onda de alta energía de la luz visible (azul) y convertirlas eficazmente en energía. El silicio no convierte bien estas longitudes de onda, pero sí las de menor energía (rojo). Al integrar ambos materiales en una estructura en tándem, aumenta la eficacia de conversión de la luz incidente y, por tanto, la producción de energía por unidad de superficie.

Existen dos configuraciones típicas de tándem: de dos y de cuatro terminales. En el caso de la configuración de 2 terminales (2T), la célula superior de perovskita y la inferior de silicio están integradas monolíticamente y conectadas en serie. En la arquitectura de 4 terminales (4T), las dos células se fabrican de forma independiente y se apilan mecánicamente. La arquitectura de dispositivo 4T requiere más pasos de fabricación, sin embargo, el empleo de esta estructura permite la optimización independiente de las subceldas para proporcionar una solución solar de bajo coste y de instalación inmediata. Se pueden utilizar las líneas de fabricación solar de silicio existentes, fabricando la subcélula de perovskita de forma independiente y procesándola después para formar el panel solar en tándem de perovskita/silicio completo. Con la escala y madurez del mercado solar de silicio, el uso de perovskitas para mejorar esta tecnología es, en opinión de IDTechEx, la oportunidad más significativa para este sector.

En general, se prevé que las células solares en tándem de perovskita/silicio dominen el mercado fotovoltaico de la perovskita. Sus propiedades mecánicas, similares a las de las células solares de silicio de una sola unión, y su mayor PCE, las hacen especialmente adecuadas para las aplicaciones solares tradicionales, como los huertos solares y las aplicaciones en tejados. A medida que las tecnologías solares de primera generación lleguen al final de su vida útil en torno a 2030 y más allá, es probable que aumente la adopción de la energía solar en tándem de perovskita/silicio, sobre todo porque los costes se reducen significativamente con las economías de escala. La mayor producción de energía por unidad de superficie de las células solares en tándem de perovskita/silicio, con un precio comparable al de la energía solar de silicio, las hace muy atractivas para los proveedores de servicios públicos, la industria y los consumidores, donde la optimización de la tecnología y el precio son imperativos. Por ello, muchos fabricantes ya están promocionando el tándem solar de perovskita/silicio como la próxima «gran tecnología solar».

Autor: Maia Benstead, analista tecnológica de IDTechEx

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