Hacer que la energía solar fotovoltaica de perovskita sea circular desde el principio

Investigadores del Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus iniciales en inglés) del Departamento de Energía de Estados Unidos utilizaron un marco de economía circular para determinar cómo escalar, desplegar y diseñar futuros paneles solares de perovskita de haluro metálico para que sean fácilmente reciclables.

Como las iniciativas para comercializar la tecnología solar de haluro metálico perovskita (MHP) están en marcha, especialmente los esfuerzos para garantizar un rendimiento duradero en el campo, los investigadores del NREL iniciaron un estudio de los factores de diseño de sostenibilidad como otro aspecto importante de la comercialización.

«Nuestro objetivo con este documento de perspectiva era señalar que la tecnología existente no prioriza la construcción de productos con sostenibilidad y circularidad por adelantado. No se desarrolló específicamente para minimizar los residuos o utilizar los pasos de procesamiento de menor energía», dijo Joey Luther, autor correspondiente de la investigación, a pv magazine. «Sin embargo, dado que la energía fotovoltaica es inherentemente una tecnología sostenible, ahora es el momento de empezar a evaluar cómo podemos desarrollar la comercialización de las MHP teniendo en cuenta la sostenibilidad».

El grupo realizó la evaluación basándose en un módulo MHP prototípico de una sola unión cercano a los diseños comerciales, enmarcado con rieles de montaje en una configuración de módulo de vidrio con encapsulantes poliméricos y sellado de bordes típico de los paneles de silicio y teluro de cadmio. Las células fotovoltaicas individuales se integran mediante trazado e incluyen vidrio frontal recubierto con un conductor transparente, la capa MHP intercalada entre materiales de transporte de electrones y agujeros y un electrodo posterior.

Además, el equipo profundizó en los componentes químicos, las moléculas y los materiales que suelen utilizarse en los sitios A, B y X de la perovskita.

Para todos ellos se evaluaron aspectos de sostenibilidad, como la intensidad energética de la fabricación, la intensidad de carbono, la extracción de minerales raros, la reciclabilidad, la abundancia de tierra, el costo, los derivados de combustibles fósiles, la encapsulación a prueba de fallos, los riesgos para la salud y la inflamabilidad, entre otros.

El prototipo se evaluó además en función de los materiales críticos, la energía incorporada, el impacto del carbono y los procesos de la cadena de suministro circular. El análisis incluyó el armazón, los materiales de los raíles, el cristal frontal y posterior, los polímeros de encapsulación, los disolventes, los materiales de transporte de electrones y agujeros y los materiales de los electrodos.

En una tabla repleta de información, el equipo detalló cómo las once «erres» de la circularidad para la fotovoltaica pueden ofrecer oportunidades y ventajas dentro de la fabricación sostenible. Se trata de una adaptación del concepto «reducir, reutilizar, reciclar», y algunas de las «R» que se analizan son las siguientes: rechazar combustibles fósiles y materiales intensivos en carbono; reducir el consumo de energía, materiales y carbono; reparar o diseñar para reparar, reutilizar, repotenciar, restaurar y recuperar energía.

En cuanto al reciclado, los investigadores señalaron que «reciclar» incluye tanto el «reciclaje» a productos de menor valor o calidad. Explicaron que el reciclado es beneficioso cuando las materias primas recuperadas sustituyen a los materiales vírgenes, que requieren un refinado intensivo en energía. Hay margen de mejora. Por ejemplo, señalaron que la fabricación de vidrio fotovoltaico sigue utilizando fuentes vírgenes en los nuevos productos de vidrio fotovoltaico y no cascos de vidrio fotovoltaico postconsumo.

El equipo identificó cinco áreas y oportunidades clave. La primera es mejorar la fiabilidad de los módulos MHP para cumplir las actuales normas comerciales de vida útil de la energía fotovoltaica. En segundo lugar, investigar la cadena de suministro de materias primas de bajo volumen comercial, como el cesio, y garantizar una accesibilidad adecuada para la ampliación sostenible de una determinada composición de MHP, o centrar la investigación en su reducción o sustitución. En tercer lugar, buscar alternativas al indio. En cuarto lugar, estudiar cómo acelerar el reciclado del vidrio fotovoltaico sin reducirlo. Y quinto, seguir mejorando los procesos de refabricación de módulos.

«Una combinación razonable de estas soluciones permitiría a las MHP-PV contribuir de forma significativa y sostenible a la transición energética», subraya el equipo.

Los científicos afirmaron que «la circularización de la cadena de suministro fotovoltaica, en particular mediante el reciclaje y la refabricación de vidrio», ofrece oportunidades para reducir la energía incorporada y el carbono de las MHP-PV. «Las mejoras en la vida útil y la fiabilidad siguen siendo primordiales para la transición energética y proporcionan los mayores beneficios», concluyeron.

La perspectiva se detalla en «Sustainability pathways for perovskite photovoltaics» (Vías de sostenibilidad para la energía fotovoltaica de perovskita), publicado por nature materials.

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