Un equipo de investigadores estadounidenses logró desarrollar células solares sin plomo que alcanzan 16,2% de eficiencia y conservan más del 95% de su rendimiento tras 1.600 horas de exposición al aire seco, según informó Ecoinventos. El avance elimina uno de los principales obstáculos ambientales de la tecnología fotovoltaica basada en perovskitas: la toxicidad del plomo.
La clave del desarrollo está en una protección molecular integrada directamente en la estructura del semiconductor. Las células utilizan perovskitas de estaño en lugar de plomo, un material que hasta ahora se degradaba con facilidad al entrar en contacto con oxígeno y humedad. El equipo, liderado por la Universidad de Wisconsin-Madison junto con el National Laboratory of the Rockies y la Universidad de Toledo, incorporó un catión orgánico denominado 4-cloro-feniletilamonio (4ClPEA) que genera un empaquetamiento molecular especialmente compacto.
Una barrera química contra el oxígeno y la humedad
Esa disposición molecular actúa como una barrera física que dificulta la difusión de moléculas de agua y oxígeno hacia las zonas sensibles que contienen estaño. El resultado es un material que no solo alcanza 16,2% de eficiencia, sino que retiene el 80% de su capacidad inicial tras 1.000 horas a 55°C y permanece sin disolverse después de varios días sumergido en agua.
La estructura híbrida bidimensional/tridimensional (2D/3D) permite combinar las propiedades de absorción de luz de las perovskitas tridimensionales con la resistencia ambiental de las estructuras bidimensionales. Esto favorece además una mejor cristalización de la película fotovoltaica, lo que reduce defectos internos y mejora el transporte de cargas eléctricas.
Por qué importa la estabilidad tanto como la eficiencia
Aunque otras células de perovskita de estaño ya superaron el 17% de eficiencia en laboratorio, el interés del trabajo radica en conseguir simultáneamente rendimiento elevado y estabilidad ambiental poco habitual. Un material fotovoltaico destinado a pasar años sobre un tejado debe soportar lluvia, humedad, calor y ciclos continuos de iluminación.
Las perovskitas sin metales pesados abren camino a paneles solares más seguros para fabricar, instalar y reciclar. La eliminación del plomo reduce riesgos de contaminación en todo el ciclo de vida del dispositivo, desde la producción hasta el desecho final. El desafío pendiente es escalar la tecnología desde el laboratorio hasta la fabricación comercial sin perder las propiedades que la hacen viable.
La investigación fue desarrollada por varias instituciones estadounidenses y representa un paso concreto hacia módulos fotovoltaicos ligeros, delgados y potencialmente más económicos de fabricar.