La investigación principal sobre la conversión de energía solar a eléctrica, que no está basada en silicio, realmente se puede dividir en tres categorías de materiales (desde mi experiencia): perovskitas, fotovoltaica orgánica (OPV) y células elevadas sensibilizadas por colorantes (DSC). Los dos últimos son de base orgánica. Ninguno de estos tiene un costo competitivo con el carbón en este momento y cada uno tiene sus propios problemas diferentes que superar.
Las perovskitas han recibido mucha atención recientemente porque han podido alcanzar eficiencias de conversión de energía (PCE) de hasta el 21%. A modo de comparación, si pudiera hacer un DSC con un 21% de eficiencia, podría ganar un premio Nobel. Desafortunadamente, las perovskitas tienen vidas muy cortas, por lo que actualmente no son un reemplazo viable para las células solares de silicio o los combustibles fósiles. Las perovskitas de alta eficiencia también tienden a basarse en plomo, y no hace mucho tiempo estábamos tratando de sacar el plomo de nuestros hogares y fábricas. Si desea que estos tengan éxito en el mercado, tendrá que hacer que duren más, y sería bueno que no contuvieran compuestos de plomo solubles en agua.
Los OPV sufren de un problema muy diferente, su morfología. La idea básica es que tiene dos materiales que entrelaza, la luz provoca una separación de carga y las cargas viajan a lo largo de estos materiales como carreteras para llegar a los electrodos y generar corriente. Suena genial, pero en la práctica estos dispositivos generalmente se hacen mezclando los dos materiales con poco control sobre cómo terminan. El resultado no son caminos agradables para que las cargas desciendan, sino globos distribuidos al azar, muchos de los cuales nunca pueden conducir cargas a uno de los electrodos. Esto disminuye significativamente la eficiencia de las células. La eficiencia teórica de estos materiales es mucho mayor que la práctica. Si desea que estos sean comercializables, debe solucionarlo, y es un problema bastante complicado, pero mucha gente lo está intentando.
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Los DSC sufren PCE más pobres que las otras dos opciones y este es su principal problema. Actualmente, las eficiencias récord mundiales de DSC son de alrededor del 12%, pero deben estar más cerca del 18-20% para ser competitivos en el mercado de energía. El obstáculo aquí es que los DSC son pobres para absorber fotones de longitud de onda más larga en la región del IR cercano. Actualmente, la absorción alcanza el rango de 700 nm y realmente nos gustaría que llegara a los 900. Este es un problema algo fundamental, ya que la disminución de la brecha HOMO-LUMO para que los fotones de menor energía puedan ser absorbidos simplemente va de la mano con la disminución de la eficiencia de conversión de fotones. Aún así, hay mucho trabajo y progreso en esta área. Los DSC también tienen la vida útil más larga de estos tres materiales, lo cual es una propiedad bastante deseable.
Entonces, ¿alguna vez serán comercializables? Diría que probablemente, pero pasará algún tiempo antes de que alguien descubra cómo solucionar estos problemas. Hay muchas personas que lo intentan y solo puede tomar una buena idea. Por otro lado, las células solares transparentes son geniales y tienen sus aplicaciones, pero no serán un reemplazo competitivo en costos para las células solares estándar. Las células solares funcionan absorbiendo la luz del sol. El espectro solar se centra alrededor de la región visible, por lo que si puede ver a través de un material, en realidad no está absorbiendo mucha luz del sol.
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