Investigadores del NREL destacan las oportunidades de fabricar paneles solares de perovskita sostenibles con una visión a largo plazo

Los investigadores que trabajan en la vanguardia de una tecnología fotovoltaica emergente están pensando en cómo ampliar, desplegar y diseñar los futuros paneles solares para que sean fácilmente reciclables.

Los paneles solares fabricados con perovskitas pueden llegar a desempeñar un papel importante en los esfuerzos mundiales de descarbonización para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. A medida que la tecnología sale de las fases de prueba, es un momento perfecto para pensar críticamente sobre la mejor manera de diseñar los paneles solares para minimizar su impacto en el medio ambiente dentro de décadas.

“Cuando una tecnología está en sus primeras fases, se puede diseñar mejor. Es una pizarra más limpia”, afirma Joey Luther, investigador principal del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) del Departamento de Energía de EEUU (DOE) y coautor del artículo recién publicado en la revista Nature Materials. “Impulsar la fotovoltaica de perovskita hacia una mayor sostenibilidad tiene más sentido en este momento. Estamos pensando en cómo asegurarnos de que tenemos un producto sostenible ahora en lugar de ocuparnos de los problemas de sostenibilidad hacia el final de su vida práctica”.

Según el artículo, la comunidad investigadora de la energía fotovoltaica se encuentra en una posición influyente para dar prioridad a los esfuerzos de refabricación, reciclaje (lo que se conoce como «economía circular») y fiabilidad, con el fin de convertir la perovskita fotovoltaica en una de las fuentes de energía más sostenibles del mercado.

“Las perovskitas podrían abrir el camino a la próxima evolución de la energía fotovoltaica de alta eficiencia, y es nuestra responsabilidad garantizar que se fabriquen, utilicen y reciclen de forma sostenible”, afirma el autor principal del estudio, Kevin Prince, antiguo investigador del NREL que ahora investiga las perovskitas en el Helmholtz Zentrum de Berlín (Alemania).

Los paneles solares de silicio dominan el sector y, aunque tienen enormes beneficios medioambientales y climáticos, no se diseñaron inicialmente para la “circularidad”. La otra tecnología solar líder, el teluro de cadmio (CdTe), cuenta con un programa de reciclaje establecido desde el inicio de la tecnología, en parte para hacer frente a la escasez de teluro. Todas las formas de fabricación de tecnología conllevan costes medioambientales, como los problemas de reciclaje y el uso de sustancias químicas potencialmente tóxicas. Pero las perovskitas se encuentran en un punto de inflexión, por lo que existe la oportunidad de abordar estas cuestiones ahora.

La economía circular más eficiente comienza en la fase de diseño y tiene en cuenta el abastecimiento de materiales, la estrategia para una larga vida útil del producto y la planificación de la gestión al final de su vida útil. Según los investigadores, la forma más representativa de evaluar el impacto ambiental de la fabricación de paneles solares es analizar las emisiones de carbono liberadas durante la producción, la energía incorporada, el abastecimiento sostenible de materiales y la circularidad de los módulos.

El artículo de la revista identifica problemas de sostenibilidad críticos para cada componente de un panel solar de perovskita. El plomo, por ejemplo, podría diluirse con otros metales químicamente similares, como el estaño, para reducir la cantidad de plomo en un futuro panel. Sin embargo, hasta la fecha, estas sustituciones se han producido a costa de la eficiencia y la durabilidad de los paneles fotovoltaicos, por lo que se requiere mucha más investigación antes de que estos semiconductores propuestos estén listos para su uso en módulos.

Los investigadores también sugieren que los costosos metales preciosos utilizados en las células de investigación de perovskita, como la plata y el oro, se sustituyan por alternativas de bajo coste, como el aluminio, el cobre o el níquel, para los módulos comerciales. También afirman que el óxido de flúor-estaño sería un material más práctico para los electrodos frontales de la célula, en lugar del indio, más escaso, utilizado en el óxido de indio-estaño.

“Queremos reducir al máximo la energía incorporada en la fabricación”, afirma Luther. “Queremos reducir al máximo las emisiones durante la fabricación. Ahora es el momento de estudiar esos componentes. No creo que tengamos que cambiar nada. Se trata más bien de qué decisiones hay que tomar, y sin duda hay que discutir estos argumentos”.

Los autores destacaron distintas formas de concebir la circularidad de los paneles de perovskita. La refabricación, por ejemplo, entra en juego cuando se desmonta un módulo antiguo con el objetivo de utilizar determinadas piezas para fabricar uno nuevo. El reciclaje, por su parte, exige la conversión de materiales de desecho en materias primas que luego pueden refinarse y reutilizarse.

Via de reciclado para el vidrio

Uno de los componentes a los que hay que prestar atención es el vidrio especializado que sirve de soporte estructural a los módulos solares de perovskita y ofrece protección frente a los elementos sin dejar de ser muy transparente para permitir la entrada de la máxima cantidad de luz solar. Establecer una vía de reciclado para el vidrio será cada vez más importante a medida que aumente la implantación de la energía fotovoltaica. En la actualidad, la fabricación de vidrio requiere materias primas y es un proceso que consume mucha energía.

Silvana Ovaitt, investigadora de energía fotovoltaica y coautora del artículo, afirma que, a medida que la electricidad de la red eléctrica sea más limpia, la fabricación de los paneles también lo será, lo que reducirá aún más las emisiones.

“Otra preocupación es el transporte de los módulos finales y el vidrio bruto, porque son los elementos más pesados”, explica Ovaitt. “La fabricación local será una forma estupenda de reducir esos impactos de carbono”.

Los investigadores explican que aumentar la durabilidad del módulo fotovoltaico, incrementando así su vida útil, es un enfoque más eficaz para reducir la energía neta, la amortización de la energía y las emisiones de carbono que diseñar únicamente para la circularidad. Aunque un panel pueda diseñarse pensando en el final, una vida útil más larga significa que no tendrá que reciclarse tan a menudo.

“En última instancia, queremos que sean lo más duraderos posible”, afirma Luther. “Pero también queremos tener en cuenta los aspectos de cuando llegue ese momento. Queremos ser deliberados sobre cómo desmontarlos y reutilizar los componentes críticos”.