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Con las celdas solares basadas en perovskitas tendríamos energía eléctrica con una fuente renovable de uso masivo: María de la Paz Cruz Jáuregui

22 de abril de 2021.

En el marco de Ciencia en Directo coordinado por El Colegio de Sinaloa con la Universidad Nacional Autónoma de México, la Dra. Ma. de la Paz Cruz Jáuregui ―investigadora del Centro de Nanociencias y Nanotecnología, UNAM— disertó la conferencia Materiales multifuncionales para sensores, memorias y generadores de energía eléctrica, el jueves 22 de abril del presente año.

La Dra. Jáuregui inició su charla sobre materiales multifuncionales la cual dividió en dos grupos, el primer grupo lo identificó como: piezoeléctricos, ferroeléctricos y multiferroicos (dos ejemplos son el ferrato de bismuto y la cromita de itrio), el segundo grupo: perovskitas híbridas fotovoltaicas, ferroeléctricas, foto y electroluminiscentes.

Empezó definiendo que los materiales multifuncionales son los que presentan dos o más propiedades que les proveen de ventaja para el desarrollo de nuevas aplicaciones o mejora de nuestra vida cotidiana, entre los usos se encuentran las memorias USB. En el caso del primer grupo, los materiales multiferroicos tienen dos de tres propiedades (ferroelectricidad, ferromagnetismo, ferroelasticidad), siendo los de su interés los ferroeléctricos que al mismo tiempo son ferromagnéticos. Enfatizó que hablar de multiferroicos es hablar de un material que tiene las propiedades de ser ferromagnético y ferroeléctrico, piroeléctrico, piezoeléctrico, entre otras.

Explicó que si combinamos un ferroeléctrico con un ferromagnético tenemos un multiferroico y sus ventajas son el desarrollo de memorias más rápidas, de mayor tamaño, mayor capacidad y con menor gasto de energía.

Uno de los ferroicos más estudiado hasta el momento es el ferrato de bismuto (BiFeO3). Este presenta una estructura de perovskita y no contiene plomo, su polarización es alta, es ferroeléctrico y ferromagnético a temperatura ambiente y sus propiedades están acopladas. Cabe agregar que el ferrato de bismuto es uno de los pocos que cumplen con estas condiciones, considerando que este tipo de materiales no existen en la naturaleza por lo que se tiene que proponer y sintetizar.

Por otro lado, cuando nosotros queremos un multiferroico con propiedades acopladas, la conmutación ferroeléctrica no servirá, la que sí serviría es la conmutación ferroelástica, donde no solo conmutamos la polarización sino también se mueve el plano magnético y, por lo tanto, la señal magnética.

Comentó que el ferrato de bismuto también tiene un comportamiento fotovoltaico, y si se quiere considerarlo como material fotovoltaico es mejor tener perovskistas más baratas, es decir, que crezca en sustratos cristalinos por técnicas que no son tan caras.

El segundo grupo de materiales funcionales son las perovskitas híbridas, éstas contienen una parte orgánica y una inorgánica en su composición. La Dra. Cruz Jáuregui mencionó que los editores de las revistas Nature y Sciencie en 2013 declararon que “los estudios relacionados (con estas perovskitas) son uno de los más grandes avances científicos”. Esto debido a la gran eficiencia que muestra la perovskita, además que las técnicas de preparación de los materiales a utilizar para crear este tipo de celdas son muy baratas, de tal manera que, señaló “tendríamos energía eléctrica con una fuente renovable de uso masivo; cualquiera de nosotros podría tener este tipo de celdas en su casa para generar energía eléctrica”.

También rescató que la perovskita híbrida posee propiedades fotovoltaicas, ferroeléctricas, fotoluminiscentes y electroluminiscentes; asimismo, sus aplicaciones son en generación de energía eléctrica, dispositivos emisores de luz, láseres, entre otros.

La investigadora detalló parte de las investigaciones de su equipo, una celda solar basada en perovskita orgánica tiene distintas capas: sobre un vidrio se deposita un conductor transparente; después dióxido de titanio (TiO2), la cual es la capa conductora de electrones; posteriormente, la perovskita orgánica, una conductora de huecos; y finalmente, un contraelectrodo.

Con lo anterior, planteó la cuestión ¿por qué todavía no tenemos celdas solares basadas en estas perovskitas? Para ello, agregó, hay que resolver distintas problemáticas, a las que hizo mención junto con sus contribuciones para resolver estos problemas. En el caso de la optimización del proceso de preparación de las capas, lo que se busca es obtener una película continua. Por lo que se utilizó un antisolvente a los 10 seg para romper el crecimiento natural de agujas que se formaban en la combinación del polvo de metilamonio de yoduro de plomo con distintos solventes; de tal manera que, la película puede formar granitos y cubrir el sustrato.

Para resolver la degradación de la capa conductora de huecos, proponen —ella y su equipo— hacer películas de conductoras de huecos de materiales no orgánicos. Por su parte, para incrementar la eficiencia dijo que están creando nanotubos de TiO2 (dióxido de titanio) elaborados por electrodepósito. La última problemática es entender la interrelación entre las propiedades, donde actualmente se encuentran modelando el crecimiento y propiedades de los nanotubos de TiO2 y la perovskita.

La Dra. Curz Jáuregui también habló de un estudio en proceso para desarrollar fotobaterías, dispositivos que sirven para generar energía eléctrica bajo iluminación y guardarla.

Como último punto, comentó que “el problema esencialmente es la degradación de la perovskita con la humedad, esa es la verdadera razón por la que todavía no las tenemos a nivel comercial” en relación a las celdas solares basadas en perovskita.

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