La energía solar en su esencia, es la fuente primaria de todas las formas de energía que conocemos. Desde los combustibles fósiles hasta la energía derivada de la biomasa, pasando por la eólica y la hidroeléctrica, todas encuentran su origen en la energía solar. Esta se crea mediante la fusión nuclear en el sol, donde los protones de los átomos de hidrógeno chocan violentamente en su núcleo y se fusionan para formar átomos de helio.
Este proceso, conocido como reacción en cadena PP (protón-protón), libera una enorme cantidad de energía. En su núcleo, el sol fusiona alrededor de 620 millones de toneladas métricas de hidrógeno cada segundo. La reacción en cadena PP también ocurre en otras estrellas de tamaño similar al sol, proporcionándoles energía y calor continuamente. Las temperaturas de estas estrellas oscilan alrededor de 5489 grados en la escala Celsius. La energía producida por sol llega a la tierra en forma de radiación electromagnética.
Esta radiación emitida por el sol puede ser aprovechada de dos formas: de manera pasiva, capturándola sin necesidad de dispositivos especiales, o de manera activa, utilizando tecnologías y sistemas diseñados para convertirla en formas utilizables de energía, como electricidad o calor. La energía solar se presenta como una fuente renovable y limpia, sin emisiones de gases de efecto invernadero ni contaminantes atmosféricos durante su producción, lo que la convierte en una opción esencial para enfrentar los desafíos del cambio climático y avanzar hacia un sistema energético más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.
Así que parece crucial considerar el inmenso potencial energético del sol. De toda la energía solar que llega a la Tierra, solo una pequeña fracción es reflejada de vuelta al espacio. Cada año, inciden sobre la Tierra aproximadamente 1,559,280 (tera watt/hora) de energía solar, lo que representa aproximadamente 15,000 veces el consumo energético anual de todo el planeta. La Figura 2 muestra la distribución de esta radiación solar incidente en la Tierra. Del total, el 30% es reflejado por la atmósfera, equivalente a 467,784 TWh/año, mientras que el 50% es absorbido y radiado por la Tierra, representando 779,640TWh/año. El restante 20% está asociado a diversos procesos naturales, como el ciclo hidrológico (311,857 TWh/año), la evaporación (269,263 TWh/año), el viento (2,806.7 TWh/año) y la fotosíntesis (935 TWh/año).
Para aprovechar esta energía, es fundamental reducir aún más las pérdidas, ya que la instalación de dispositivos como paneles solares requiere condiciones específicas para su funcionamiento. Por ello, es necesario utilizar materiales capaces de maximizar la absorción del espectro electromagnético. Un candidato prometedor son las perovskitas. Actualmente, el mercado de la tecnología fotovoltaica está dominado en gran medida por las celdas solares de silicio, que representan alrededor del 86% del mercado. Estas celdas alcanzan una eficiencia de conversión superior al 24% en condiciones ambientales, y en laboratorio han logrado hasta un 26.8%. Sin embargo, su límite teórico de eficiencia para una celda de unión simple es de aproximadamente 29.5%. Por otro lado, las celdas solares de perovskita (PSC) han surgido como una alternativa prometedora, alcanzando una eficiencia de conversión del 27.1% en configuraciones de unión simple. Estas celdas presentan varias ventajas sobre las de silicio, incluyendo menores costos de fabricación, brechas de banda ajustables, procesamiento a baja temperatura, baja energía de enlace de excitones, alto coeficiente de absorción de luz y largas longitudes de difusión de portadores.
A pesar de sus ventajas, las PSC enfrentan desafíos que han limitado su comercialización. Entre los principales problemas destacan la abundancia de defectos y poros en la capa de perovskita, la desalineación de bandas en las interfaces de las capas de extracción de carga y la baja reproducibilidad, lo que dificulta obtener un rendimiento consistente en todos los dispositivos.
En mi tesis doctoral, “Estudio analítico de materiales y estructuras basadas en semiconductores híbridos de perovskita”, se analizan en detalle los canales de degradación de estos materiales, con el objetivo de comprender su inestabilidad. Si bien su implementación enfrenta retos técnicos y económicos, su potencial para mitigar el cambio climático y garantizar un suministro energético sostenible es innegable. Impulsar su desarrollo, junto con políticas de apoyo y avances tecnológicos, es clave para construir un futuro más limpio y resiliente para las próximas generaciones.
Referencias
José Juan Jhonatan Díaz López. Estudio analítico de materiales y estructuras basadas en semiconductores híbridos de perovskita. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav), 2024. Español. https://repositorio.cinvestav.mx/handle/cinvestav/5259](https://repositorio.cinvestav.mx/handle/cinvestav/5259).
