La energía solar es cada vez más importante, pero los paneles solares basados en silicio actuales son difíciles de reciclar, lo que genera un creciente problema de residuos. Las células solares de perovskita ofrecen una alternativa prometedora debido a su rentabilidad, eficiencia y versatilidad. Sin embargo, tienen una vida útil más corta, lo que hace que el reciclaje sea crucial. Una investigación reciente de la Universidad de Linköping y la Universidad de Cornell ha demostrado un novedoso método de reciclaje basado en agua para células solares de perovskita, allanando el camino hacia un futuro más sostenible para esta tecnología.
La aparición de las células solares de perovskita como una tecnología prometedora de próxima generación no depende solo de su rendimiento, sino también de su reciclabilidad, un factor a menudo pasado por alto en las tecnologías solares emergentes. Los paneles solares basados en silicio actuales, aunque prevalentes, plantean importantes desafíos de reciclaje a medida que llegan al final de su vida útil y se acumulan en los vertederos. Xun Xiao, miembro del equipo de la Universidad de Linköping, destaca este problema, enfatizando la necesidad de considerar el reciclaje desde el inicio del desarrollo de nuevas tecnologías de células solares. Feng Gao, líder del nuevo estudio, refuerza este punto, afirmando que si no hay métodos de reciclaje disponibles, estas tecnologías podrían no ser adecuadas para una adopción generalizada. Esta creciente preocupación ha impulsado la acción legislativa en todo el mundo, con iniciativas como la directiva WEEE 2012/19/UE en la Unión Europea y legislaciones similares en Asia y EE. UU. que obligan a los fabricantes de fotovoltaica a recoger y reciclar los residuos de células solares.
Las células solares de perovskita ofrecen una alternativa convincente al silicio, con varias ventajas que contribuyen a su potencial para un uso generalizado. Son relativamente económicas de producir, fáciles de fabricar, ligeras, flexibles y transparentes, lo que permite su aplicación en una gama más amplia de superficies en comparación con los paneles de silicio rígidos. Es fundamental que su eficiencia de conversión de energía (PCE) supere el 25%, lo que las sitúa a la par con las tecnologías fotovoltaicas existentes en el mercado. Sin embargo, un inconveniente significativo es su vida útil más corta en comparación con las células solares de silicio, lo que hace que el reciclaje sea una consideración aún más crítica para su sostenibilidad a largo plazo. Los métodos de reciclaje existentes a menudo se basan en disolventes peligrosos como la dimetilformamida, lo que impulsa la necesidad de alternativas más seguras y respetuosas con el medio ambiente.
Investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia y la Universidad de Cornell en EE. UU. han logrado un avance en el reciclaje de perovskita, demostrando la viabilidad de utilizar disolventes a base de agua para recuperar casi todos los componentes de las células solares de perovskita al final de su vida útil. Este novedoso enfoque evita el uso de productos químicos peligrosos y ofrece un camino hacia una economía de perovskita más sostenible. La técnica del equipo implica cuidadosamente delaminar la capa de la célula solar capa por capa utilizando una solución a base de agua que contiene tres aditivos de bajo costo: acetato de sodio, yoduro de sodio y ácido hipofosforoso. Este método permite la separación de los diversos componentes sin recurrir a productos químicos agresivos.
La composición química de las perovskitas, con su estructura ABX3 (donde A es cesio, metilamonio (MA) o formamidinio (FA); B es plomo o estaño; y X es cloro, bromo o yodo), presenta desafíos y oportunidades únicos para el reciclaje. Los investigadores se centraron específicamente en la recuperación de yoduro de plomo, un componente clave que puede ser difícil de disolver en agua. Si bien el yoduro de plomo se disuelve marginalmente en agua (aproximadamente 0,044 g por 100 ml a 20 °C), el equipo abordó inteligentemente esto introduciendo iones acetato en la mezcla. Estos iones se coordinan fácilmente con los iones de plomo, formando acetato de plomo altamente soluble (aproximadamente 44,31 g por 100 ml a 20 °C), lo que aumenta significativamente la cantidad de yoduro de plomo que se puede recuperar.
El proceso no se limita simplemente a disolver los materiales de perovskita. El equipo desarrolló un método para recuperar cristales de perovskita puros y de alta calidad de la solución acuosa. Esto se logró introduciendo iones de yodo adicionales, lo que facilitó la transición de [PbI]+ a [PbI2]0 y posteriormente a [PbI3]−, lo que finalmente condujo a la formación del marco de la perovskita. Además, los investigadores idearon una técnica para eliminar los sustratos de óxido de indio y estaño sonicándolos en una solución de agua/etanol (50%/50% en volumen) durante 15 minutos. Finalmente, los cubiertas de vidrio se delaminaron colocando las células solares degradadas sobre una placa caliente precalentada a 150 °C durante 3 minutos.
Los investigadores aplicaron con éxito su tecnología de reciclaje tanto a las perovskitas MAPbI3 como a las FAPbI3, demostrando la versatilidad de su método. Las perovskitas recuperadas se utilizaron posteriormente para fabricar nuevas células solares, logrando una eficiencia de conversión de energía promedio de 21,9 ± 1,1%, con las mejores muestras alcanzando 23,4%. Esto representa una impresionante recuperación de eficiencia de más del 99% en comparación con las preparadas con materiales frescos, que típicamente tienen una PCE de 22,1 ± 0,9%. Esta recuperación casi completa de la eficiencia subraya el potencial de este proceso de reciclaje para mantener el rendimiento de las células solares de perovskita al tiempo que se minimiza el desperdicio.
De cara al futuro, el equipo de investigación tiene la intención de ampliar su técnica para demostrar su viabilidad a una escala industrial mayor. Fengqi You, un co-líder del equipo en la Universidad de Cornell, enfatiza las implicaciones más amplias de su trabajo, afirmando que su evaluación del ciclo de vida y análisis técnico-económico han confirmado que la estrategia no solo preserva las materias primas, sino que también reduce apreciablemente los costos de fabricación generales. Específicamente, la recuperación de las capas valiosas en estos dispositivos reduce los gastos y ayuda a reducir el “costo nivelado” de la electricidad que producen, lo que hace que la tecnología sea potencialmente más competitiva y sostenible a escala. Esto destaca el potencial de las células solares de perovskita para convertirse en una fuente de energía más económicamente viable y responsable con el medio ambiente.
Investigadores han desarrollado un método de reciclaje basado en agua para células solares de perovskita, recuperando casi todos sus componentes y logrando eficiencias de conversión de energía comparables a las de materiales nuevos. Este avance soluciona la vida útil limitada y las preocupaciones sobre los residuos de las perovskitas, allanando el camino para una economía solar sostenible y destacando la necesidad urgente de priorizar la reciclabilidad en las tecnologías solares emergentes.
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