Un grupo de investigadores de Alemania y Suecia, que investigan el suministro de materiales para tecnologías en tándem basadas en la perovskita a un volumen que permita una penetración de varios teravatios de energía solar, determinaron los “riesgos de suministro” de materiales utilizados en dispositivos fotovoltaicos de perovskita de alto rendimiento, como el cesio (Cs) empleado en aleaciones de perovskita, el indio empleado en electrodos transparentes y el oro utilizado en electrodos y algunas capas de contacto orgánicas.
“Me sorprendió especialmente la relación entre demanda y producción de Cs. Cuando empecé el proyecto, había hecho algunos cálculos sobre la marcha de varios materiales, pero el Cs no estaba en mi radar”, declaró a pv magazine el autor Lukas Wagner, investigador de la Universidad Philipps de Marburgo, quien añadió que el problema de evaluar la criticidad del suministro de cesio es que se necesitan cifras fiables sobre la actividad minera futura.
“En comparación con la mayoría de los demás materiales evaluados, la producción actual de Cs es extremadamente baja. Según tengo entendido, la razón principal es que la demanda es muy baja: no hay muchas aplicaciones que necesiten Cs. Podría ser que la extracción de Cs tuviera que aumentar al mismo ritmo que la producción de perovskita fotovoltaica”, explica Wagner.
“En esencia, quizá podamos pasar de los combustibles fósiles a los minerales. Al diseñar las futuras tecnologías energéticas, debemos procurar utilizar los recursos materiales de la forma más sostenible posible”.
También hay trabajo por delante para aumentar la capacidad de fabricación de haluros y “los disolventes orgánicos más prometedores para recubrir las capas de perovskita»”. A excepción del PEDOT:PSS, ninguna de las rutas de síntesis de materiales orgánicos de transporte de carga es actualmente compatible con la producción industrial a gran escala, señaló el equipo.
La investigación tuvo en cuenta dos factores de criticidad del suministro, la producción primaria de minerales y la capacidad de producción de materiales sintéticos. Este planteamiento, explicó el equipo, es más complejo que las típicas evaluaciones de la demanda en relación con la producción, ya que pone de relieve que el escalado de la producción desde los niveles de investigación hasta los industriales también debe formar parte de los análisis de disponibilidad de recursos.
Los científicos utilizaron el modelo numérico REgional Model of Investment and Development (REMID), que, según sus creadores del Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK), representa la evolución futura de las economías mundiales con detalles tecnológicos sobre el sector energético y las implicaciones para el clima mundial.
Advierten de que sus estimaciones no deben entenderse como una perspectiva de mercado, sino como una evaluación plausible de las necesidades de recursos si la demanda mundial de módulos fotovoltaicos se cubriera con dispositivos tándem de perovskita.
Se han tenido en cuenta los disolventes, pero no el vidrio ni los metales básicos como el cobre o el aluminio y el acero utilizados en el cableado eléctrico, el montaje y los marcos, manteniendo su enfoque en las capas funcionales de la pila de células solares.
Las reacciones a las presentaciones del estudio han sido positivas y han suscitado debates sobre sostenibilidad, recursos y reciclaje. “Tuve la idea de proporcionar a la comunidad algunos criterios para seleccionar sus materiales. Pero el mensaje subyacente del artículo es que todos investigamos en energía fotovoltaica porque queremos influir en la lucha contra el cambio climático. Pero para conseguirlo de verdad, tenemos que empezar a pensar a escala TW, incluso cuando estamos en el laboratorio fabricando células solares de menos de un centímetro cuadrado”, afirma Wagner.
El trabajo se describe en “The resource demands of multi-terawatt-scale perovskite tandem photovoltaics” (Las demandas de recursos de la energía fotovoltaica en tándem de perovskita a escala de varios teravatios), publicado en Joule. Los investigadores proceden de la Universidad de Uppsala, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE de Alemania y el Instituto Fraunhofer de Reciclado de Materiales y Estrategias de Recursos (Fraunhofer IWKS).
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