¿Te imaginas si el cristal de las ventanas de tu oficina pudiera generar electricidad en silencio durante todo el día sin que nos diéramos cuenta? Pues lo que antes parecía cosa de ciencia ficción está empezando a ser una realidad en un laboratorio de Singapur. Unos investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang (NTU), con la profesora asociada Annalisa Bruno a la cabeza y Luke White como autor principal del estudio, han creado unas células solares de un material llamado perovskita tan finas que casi no se ven.
Estos dispositivos son finísimos, unas 10.000 veces más delgados que un pelo humano (miden solo 10 nanómetros) y aproximadamente 50 veces más finos que las células de perovskita convencionales. Han conseguido algo que parecía imposible: son muy transparentes y, a la vez, producen electricidad.
El reto de la transparencia energética
Sabemos que cuanto más transparente es un material, más luz deja pasar y menos luz se queda para generar electricidad. Por eso, vencer esta limitación es el gran reto de las células transparentes.
El equipo de la NTU ha demostrado que es posible superar esta barrera. Han usado la perovskita para crear células que dejan pasar hasta el 41 % de la luz visible (la versión semi-transparente, de 60 nanómetros) y, además, no cambian el color ni la apariencia del edificio: son cromáticamente neutras, sin el típico tinte azulado o púrpura que han mostrado otras tecnologías fotovoltaicas transparentes anteriores.
Los resultados, que salieron en la revista ACS Energy Letters, son bastante buenos. Las células opacas alcanzaron eficiencias de conversión del 7 % (10 nm), 11 % (30 nm) y 12 % (60 nm). La versión semitransparente de 60 nm, por su parte, consiguió una eficiencia del 7,6 %, dejando pasar suficiente luz como para no oscurecer la estancia. A título de comparación, las eficiencias logradas figuran entre las más altas reportadas hasta la fecha en la literatura científica para células de perovskita ultradelgadas.
Y hay otro punto importante que la propia Bruno destaca: a diferencia de los paneles fotovoltaicos de silicio convencionales, estas células de perovskita siguen generando electricidad incluso bajo luz difusa o indirecta. Eso significa que rinden en entornos urbanos densos, en ciudades con frecuente nubosidad, y —para lo que aquí interesa— bajo la luz que llega a un coche aparcado en un garaje semiabierto o a la sombra parcial de un edificio.
Un «espray atómico» para fabricar las células
Lo que hace única esta tecnología no es solo el resultado, sino el proceso para obtenerlo. Los científicos de Singapur han apostado por la evaporación térmica. El proceso es fascinante: en el interior de una cámara de vacío, los materiales de partida se calientan a temperaturas de entre 200 °C y 300 °C hasta que se vaporizan. Ese vapor asciende y se deposita sobre la superficie de vidrio (el sustrato), formando una película sólida de un grosor controlado con una precisión atómica. Es, en esencia, como pintar el vidrio con un aerosol molecular.
El detalle relevante es que el equipo de la NTU afirma haber producido por primera vez células de perovskita ultradelgadas íntegramente mediante métodos basados en vacío, sin recurrir a procesos de impresión por disolución que sí utilizan los desarrollos actuales. Esto no es un capricho técnico: la evaporación al vacío es una tecnología plenamente estandarizada en la industria del semiconductor y de las pantallas OLED, lo que abre la puerta a una producción a gran escala con maquinaria que ya existe en el mundo. En cristiano: si la tecnología termina funcionando bajo todas las exigencias del mercado, escalarla industrialmente sería mucho más viable que con cualquier alternativa anterior.
Lo que un rascacielos podría generar
Para entender el enorme potencial de esta tecnología, los investigadores han realizado algunos cálculos preliminares. Si se instalara en la fachada acristalada de un gran edificio de oficinas, como los que se encuentran en el distrito financiero de Singapur (Raffles Place o Marina Bay), se podrían generar teóricamente varios cientos de megavatios-hora de electricidad al año.
Para que te hagas una idea, esa cantidad de energía sería como la que consumen en un año cien apartamentos de cuatro habitaciones en una ciudad como Singapur. Y todo esto, sin usar más terreno y sin que el rascacielos cambie de aspecto.
La profesora Bruno, que lleva más de una década investigando esta tecnología, subraya la urgencia de este tipo de innovaciones: «El entorno construido representa aproximadamente el 40 % del consumo energético mundial, por lo que las tecnologías que convierten las superficies de los edificios en activos generadores de energía son cada vez más necesarias».
Y en tu coche, ¿qué impacto tendría?
El paper de NTU menciona expresamente la aplicación al automóvil entre los escenarios más prometedores —ventanas, lunas y techos solares de coches y gafas inteligentes—. Y conviene aterrizar lo que significaría llevarlo del laboratorio al coche aparcado en la calle.
Un coche eléctrico medio cuenta hoy con entre tres y cuatro metros cuadrados de superficie acristalada combinada entre parabrisas, luneta trasera, ventanillas y techo solar. Con la eficiencia semitransparente del 7,6 % que ha demostrado la versión de 60 nanómetros, y bajo una irradiancia solar útil de unos 1.000 W/m² en condiciones óptimas, esa superficie podría generar entre 230 y 300 vatios de pico bajo sol directo. Si se asume una media diaria de tres a cinco horas de luz aprovechable durante el aparcamiento, hablamos de una recarga pasiva de entre 1 y 1,5 kWh al día, suficiente para añadir entre seis y nueve kilómetros de autonomía a un eléctrico medio sin enchufar el coche.
La cifra no es revolucionaria si se compara con un poste de carga rápida, pero sí lo es como cargador «siempre activo» para coches que pasan la mayor parte de su vida aparcados al sol. Para flotas urbanas de reparto, coches compartidos y vehículos que circulan poco a diario, el techo solar fotovoltaico transparente convertiría las pérdidas energéticas por estacionamiento en un goteo de autonomía gratuita. Y a diferencia de los techos solares opacos que ya han probado Toyota en el Prius PHEV, Hyundai en el Sonata Hybrid o Lightyear en su 0/2 frustrado, el sistema de NTU permitiría hacerlo manteniendo el techo panorámico que tantos clientes valoran a la hora de comprar.
El largo camino hacia la ventana de tu casa
A pesar del entusiasmo y la solidez del hallazgo, los propios investigadores son los primeros en poner los pies en la tierra. El camino desde el laboratorio hasta la fachada de un edificio real es largo y está lleno de obstáculos técnicos como la estabilidad a largo plazo, ya que las perovskitas tienen fama de ser sensibles a la humedad, el oxígeno y la radiación ultravioleta.
El otro gran desafío es fabricarlas a lo grande. No es lo mismo hacer una pequeña célula de 10 nanómetros en un laboratorio, sobre un trozo de cristal de pocos centímetros, que cubrir metros y metros de fachada de un edificio o el techo panorámico de un coche. De hecho, el propio estudio publicado en ACS Energy Letters no incluye datos acelerados de estabilidad a largo plazo ni cifras de rendimiento medidas sobre superficies de gran formato, una matización que conviene tener presente antes de echar las campanas al vuelo. Lo conseguido hoy es un récord de laboratorio prometedor, no un producto comercial.
El equipo de la NTU es consciente de ello y ya ha presentado una solicitud de patente a través de NTUitive, la oficina de innovación y transferencia tecnológica de la universidad. En estos momentos, los investigadores se encuentran en conversaciones con varias empresas para validar y estandarizar el proceso de evaporación térmica a escala industrial.
El potencial de esta tecnología va mucho más allá de los grandes edificios. Por sus características —ultradelgadas, ligeras, flexibles y cromáticamente neutras—, estas células podrían integrarse en ventanas de automóviles, techos corredizos (sunroofs), dispositivos electrónicos e incluso gafas inteligentes, proporcionando energía a sensores y baterías sin necesidad de recarga externa. Si los retos de estabilidad y escala se resuelven en los próximos años, podríamos estar ante la primera tecnología fotovoltaica realmente invisible que cambie a la vez cómo se construyen los edificios y cómo se alimentan los coches eléctricos del futuro.
