En la última década, he tenido la oportunidad de observar cómo un nuevo grupo de materiales, las perovskitas, ha capturado la atención de científicos y tecnólogos. Estos compuestos, con una estructura cristalina específica, han revolucionado la ciencia de materiales, especialmente en celdas solares y fotocatalizadores para la evolución de hidrógeno y la reducción de CO2.
¿Qué hace a las perovskitas tan prometedoras?
En la estructura única de las perovskitas, el término “perovskita” se refiere a materiales con estructura cristalina ABX3, donde A y B son cationes y X es un anión, típicamente oxígeno o haluros. Esta flexibilidad composicional permite ajustar sus propiedades electrónicas, ópticas y químicas.
Las nuevas perovskitas están siendo diseñadas con cationes orgánicos y de coordinación, generando estructuras 1D y 2D. Estas presentan propiedades únicas para aplicaciones en catálisis y baterías recargables de sodio y litio, además de las celdas solares.
En cuanto a celdas fotovoltaicas, las celdas solares de perovskita han progresado notablemente en eficiencia, rivalizando con las de silicio tradicionales. Ofrecen ventajas como un amplio espectro de absorción de luz, alta movilidad de carga y fabricación más económica. Desde su introducción en 2009, la eficiencia ha aumentado de menos del 4% a más del 25% en laboratorios.
El proceso de fabricación es sencillo y puede realizarse a bajas temperaturas, reduciendo costos en comparación con el silicio. Las perovskitas pueden ser depositadas sobre superficies flexibles, lo que permite innovaciones como paneles solares portátiles y dispositivos electrónicos flexibles. Sin embargo, su estabilidad y durabilidad siguen siendo un desafío, ya que se degradan con la humedad y la luz ultravioleta. A pesar de estos obstáculos, el potencial para transformar el mercado de la energía solar es grande.
En el campo de los fotocatalizadores,las perovskitas también son prometedoras. En la búsqueda de energía limpia, el hidrógeno ha surgido como uno de los mejores candidatos. Gracias a su capacidad para absorber luz y facilitar la separación de carga, las perovskitas son excelentes candidatas para la fotólisis del agua.
En la reducción de CO2, ayudan a convertir este gas en compuestos químicos valiosos como metanol, ofreciendo una manera de producir combustibles de forma sostenible y mitigar el cambio climático.
La investigación en materiales avanza rápidamente, con esfuerzos para mejorar su estabilidad y escalabilidad. Para el futuro de las perovskitas, estamos explorando diferentes composiciones y estructuras para optimizar sus propiedades y hacerlas más adecuadas para aplicaciones comerciales. Estrategias como la dimensionalización permiten proteger a estos materiales de la humedad y el oxígeno.
He visto cómo las perovskitas muestran alta eficiencia en estos procesos debido a su capacidad para facilitar la transferencia de electrones y su estructura ajustable. Sin embargo, al igual que en las celdas solares, la estabilidad sigue siendo un reto.
En conclusión, las perovskitas representan un horizonte emocionante en la ciencia de materiales. Su capacidad para mejorar la eficiencia de las celdas solares y su potencial como fotocatalizadores subraya su importancia en la tecnología sostenible. Con avances continuos, es probable que desempeñen un papel central en la transición hacia fuentes de energía más limpias.
Arián Espinosa Roa**Investigador por México Conahcyt, adscrito a la Unidad Monterrey del Centro de Investigación en Química Aplicada.