Según la University of Surrey, este cambio permite fabricar dispositivos más eficientes, duraderos y asequibles, lo que podría transformar la industria de la energía solar flexible.

Un nuevo enfoque para la fabricación de paneles solares

El equipo, liderado por el profesor Wei Zhang, el profesor Ravi Silva y la doctora Jing Zhang, demostró que los nanotubos de carbono pueden reemplazar al ITO, uno de los materiales más costosos y frágiles en la fabricación de paneles solares.

La investigación, realizada junto a socios internacionales, se concentró en el uso de nanotubos de carbono tratados con ácido sulfúrico, un proceso que mejora la conductividad eléctrica sin sacrificar la transparencia necesaria para que la luz solar alcance la capa activa de la célula.

El proceso incluye la creación de una delgada capa estabilizadora basada en níquel, que actúa como puente entre los componentes internos de la célula solar.

Esta estructura, generada por la interacción entre el tratamiento ácido y los nanotubos, optimiza la conexión eléctrica y contribuye a la estabilidad general del dispositivo.

Además, la producción de estos films se realiza mediante deposición química en fase vapor de rollo a rollo, una técnica utilizada en la industria electrónica que facilita la escalabilidad y viabilidad comercial de estos paneles solares flexibles.

Estabilidad, eficiencia y ventajas mecánicas

Las pruebas llevadas a cabo por la University of Surrey mostraron mejoras notables en la estabilidad y durabilidad de las nuevas células solares. Tras un mes de exposición continua a calor, humedad y luz solar, los dispositivos conservaron más del 95% de su rendimiento original, superando ampliamente a los paneles tradicionales basados en ITO.

En cuanto a la resistencia mecánica, los módulos con nanotubos de carbono soportaron 1.000 ciclos de flexión con solo 5% de pérdida de eficiencia, sin grietas ni desprendimientos visibles, mientras que los dispositivos convencionales perdieron cerca de tres cuartas partes de su eficiencia bajo las mismas condiciones.

El impacto económico y ambiental de la innovación es también considerable. La fabricación de estos films de nanotubos mediante la técnica de rollo a rollo resulta aproximadamente seis veces más barata que el proceso de pulverización catódica del ITO, lo que reduce los costos de producción en unos USD 200 por metro cuadrado.

Además, el indio —elemento clave del ITO— es un recurso escaso cuya extracción requiere alto consumo energético. El uso de materiales basados en carbono abarata la producción y disminuye la huella de carbono de la tecnología solar, según la University of Surrey.

Potencial de las células de perovskita en la energía solar

Las células solares de perovskita, pieza central de este avance, se consideran una de las tecnologías más prometedoras en energía solar. Fabricadas con materiales de bajo costo, se procesan a temperaturas mucho menores que el silicio tradicional, lo que las hace más ligeras, económicas y fáciles de producir.

Su flexibilidad permite captar luz solar con alta eficiencia y posibilita paneles que se adaptan a superficies curvas, o incluso pueden imprimirse sobre objetos cotidianos. Hasta ahora, sin embargo, la estabilidad a largo plazo y la fragilidad de sus componentes habían limitado su adopción masiva.

La University of Surrey concluye que la adopción de nanotubos de carbono en lugar de ITO permite una producción más asequible y sostenible, resolviendo desafíos de durabilidad y eficiencia, y proporcionando beneficios directos tanto para la industria como para el medioambiente.

En el campo de la energía renovable, un nombre resuena con fuerza: perovskita. Descubierta en 1839 en los Montes Urales, la perovskita fue inicialmente identificada como un mineral de estructura cristalina característica. Hoy en día, el término abarca una familia de materiales sintéticos que mimetizan esta estructura y pueden fabricarse a partir de compuestos como bromo, cloro, plomo y estaño. Su llegada a la industria fotovoltaica promete acelerar la transición energética gracias a su aplicabilidad en la generación solar, marcando un punto de inflexión en la eficiencia de los paneles solares.

En las últimas décadas, el desarrollo de células solares de perovskita ha despertado gran entusiasmo en la comunidad científica y empresarial. Las llamadas células solares en tándem, protagonistas de esta revolución, combinan perovskita con silicio —el estándar en los paneles actuales— para potenciar de manera significativa la eficiencia en la conversión de luz solar en electricidad. Esta sinergia responde a la superior capacidad de la perovskita para absorber distintas longitudes de onda del espectro solar, aprovechando la alta movilidad de electrones en su interior.

Las cifras evidencian su potencial: mientras las células solares de silicio muestran eficiencias de entre 21% y 23%, con un máximo teórico del 33%, las células en tándem de perovskita pueden aspirar a eficiencias teóricas superiores al 47%. Empresas como Oxford PV, originaria de la Universidad de Oxford, reportaron en 2024 un récord mundial del 26,9% en módulos solares residenciales comerciales y anticipan incrementos anuales en esta métrica. Tal avance podría traducirse en una reducción de hasta el 10% en el coste final de la electricidad generada en comparación con paneles tradicionales, según pronósticos internos de la firma.

Las ventajas del uso de perovskitas en combinación con el silicio son múltiples. El aumento de eficiencia permite una mayor producción de energía en la misma superficie, favoreciendo la rentabilidad económica de los parques solares y las aplicaciones urbanas. Además, las células de perovskita pueden depositarse como una película ultra delgada sobre superficies diversas. Esto abre la puerta a paneles solares ligeros y flexibles, adecuados para integrarse no solo en techos y ventanales, sino también en aplicaciones móviles y sistemas donde el peso y la adaptabilidad son esenciales, como automóviles o satélites.

No obstante, los desafíos técnicos y ambientales asociados a la adopción masiva de la perovskita siguen en evaluación. Entre las principales preocupaciones figura su mayor susceptibilidad a la humedad y el calor, factores que aceleran la degradación de las células y pueden mermar su vida útil en entornos adversos. Aunque los laboratorios han demostrado su viabilidad a través de simulaciones de envejecimiento acelerado, la falta de datos de campo a largo plazo —como ocurre con los paneles de silicio que ya acumulan más de tres décadas de operación— dificulta pronosticar su desempeño real durante 30 años o más.

Una de las cuestiones centrales tiene que ver con la percepción de costos y viabilidad de estos paneles. Según David Ward, director ejecutivo de Oxford PV, cuando surgió la discusión sobre los paneles tándem a fines de la década del 2000, “la industria los recibió inicialmente con escepticismo ya que muchos creían que eran demasiado buenos para ser verdad”. Ward recuerda que “ya se sabía que se podían combinar dos células para absorber más luz solar, pero era muy caro”, en comparación con alternativas como el arseniuro de galio.

El contenido de plomo, presente en la mayoría de las formulaciones de perovskita, es otro asunto de debate. Joseph Berry, investigador del Laboratorio Nacional de Energías Renovables de Estados Unidos, apunta que la cantidad de plomo utilizada es mínima, “mucho menor que la que se obtiene quemando carbón para la misma cantidad de energía”, aunque subraya la necesidad de procesos de reciclaje adecuados: “Cualquier problema de toxicidad al desechar los paneles podría evitarse mediante el diseño de procesos adecuados de reciclaje o reutilización”.

La industria se encuentra inmersa en la carrera por superar estos retos. Empresas innovadoras, muchas nacidas como derivadas de instituciones académicas de prestigio, lideran la introducción de prototipos comerciales y celebran colaboraciones estratégicas. La fábrica que Oxford PV opera en Alemania ya ha desplegado módulos piloto capaces de abastecer a decenas de hogares estadounidenses, mientras firmas norteamericanas como Caelux y Swift Solar avanzan en proyectos pilotos para infraestructuras críticas, como torres de telecomunicaciones.

En la evaluación de la viabilidad de estas tecnologías, Scott Graybeal, director ejecutivo de Caelux, considera fundamental producir resultados medibles: “El verdadero valor aquí es cuánta energía se va a producir durante la vigencia de un contrato de compraventa de energía. Eso es lo que a la gente le importa”.

Por su eficiencia y ligereza, las perspectivas del uso de la perovskita en automóviles eléctricos y en aplicaciones aeroespaciales adquieren cada vez mayor relevancia estratégica. Empresas como Caelux mantienen conversaciones con fabricantes automotrices para evaluar la integración de estos paneles en vehículos eléctricos, con el objetivo de aumentar ligeramente la autonomía y ofrecer recarga pasiva durante los periodos en los que el vehículo permanece estacionado a la intemperie. En el ámbito espacial, la sustitución de los costosos paneles de arseniuro de galio por alternativas en tándem con perovskita podría transformar la forma en que los satélites ligeros y de corta vida útil acceden a energía solar asequible.

Existen aún diferencias entre los altos resultados logrados en laboratorio y el desempeño de los paneles a escala industrial. El experto japonés Tsutomu Miyasaka, pionero en la aplicación de perovskitas para energía solar, recuerda que los récords de eficiencia “generalmente representan células ‘campeonas’ con un rendimiento superior al de los paneles más grandes producidos en fábricas, donde la calidad puede ser inconsistente en áreas extensas”.

Mientras el porcentaje de la energía solar en la matriz eléctrica mundial sigue en ascenso —en 2024 representó cerca del 7% de la generación eléctrica global, con un incremento del 29% anual—, el rumbo de la tecnología de perovskita se perfila como uno de los grandes motores de innovación para el sector. La clave, insisten los especialistas, será demostrar que los rendimientos récords de laboratorio se sostendrán en el mundo real, desbloqueando así el potencial transformador de este “material maravilloso”.

La Universidad de Stuttgart anunció una colaboración estratégica con el profesor Nam-Gyu Park, referente internacional en el desarrollo de células solares de perovskita, para acelerar la investigación y la aplicación de esta tecnología en el ámbito de la energía renovable.

A partir de septiembre de 2025, Park, quien dirige el Instituto de Ciencia Energética en la Sungkyunkwan University de Corea del Sur, realizará estancias periódicas en la institución alemana y trabajará junto al equipo de Michael Saliba, director del Instituto de Fotovoltaica (IPV). Según la universidad, esta alianza tiene como objetivo impulsar soluciones innovadoras que contribuyan a superar los desafíos actuales de la energía solar y avanzar hacia una transición energética más sostenible.

El acuerdo representa la unión de dos trayectorias científicas de gran impacto. Park, quien recibió el Alexander von Humboldt Research Award y el ENI Award 2024 en la categoría “Energy Frontiers”, fue el responsable de construir la primera célula solar funcional de perovskita y fue protagonista en numerosos avances en el campo. Por su parte, Saliba lidera un grupo de investigación especializado en optimización estructural y fabricación escalable de dispositivos fotovoltaicos.

La Universidad de Stuttgart detalló que la colaboración permitirá combinar la experiencia de Park en ciencia de materiales y nanoestructuras con el enfoque de Saliba en procesos de manufactura y control, consolidando así la transferencia de la investigación básica a aplicaciones prácticas.

Tecnología de perovskita: ventajas y retos

Las células solares de perovskita emplean materiales con una estructura cristalina característica, a diferencia de las tradicionales de silicio. Esta tecnología emergente destaca por su bajo costo de producción, alta eficiencia y gran versatilidad.

Park planteó que su objetivo es llevar las células solares de perovskita a la madurez comercial, tarea que exige superar retos como la estabilidad a largo plazo y la escalabilidad.

“Para que sean realmente competitivas, las células solares de perovskita deben durar tanto como las de silicio, es decir, más de 25 años. Aún no hemos alcanzado ese punto, pero estamos trabajando en ello”, afirmó el investigador surcoreano en declaraciones recogidas por la universidad alemana.

Durante la última década, los avances resultaron notables. Mientras los primeros prototipos de Park lograban una eficiencia del 9%, los dispositivos actuales convierten cerca del 27% de la luz solar en electricidad en condiciones de laboratorio.

El uso de nanomateriales, especialidad de Park, permitió mejorar la calidad de los cristales, prevenir la degradación causada por humedad, luz y calor, y aumentar la versatilidad de las células.

“Las nanoestructuras evitan defectos superficiales, mejoran la separación de cargas y reducen las pérdidas de energía. Además, hacen que las células de perovskita resulten increíblemente versátiles”, explicó Park a la Universidad de Stuttgart.

Flexibilidad, bajo peso y capacidad de fabricación a bajas temperaturas abren la puerta a aplicaciones que exceden los paneles solares convencionales. Entre los posibles usos se encuentran dispositivos portátiles, sensores autónomos, ventanas generadoras de energía, integración en edificios y sistemas para vehículos eléctricos. Asimismo, debido a su resistencia a la radiación y su ligereza, las células de perovskita podrían emplearse en satélites espaciales.

Investigación, transferencia tecnológica y perspectivas

El proyecto conjunto entre los equipos de Park y Saliba en la Universidad de Stuttgart se enfocará en el desarrollo de nuevas combinaciones de materiales, como polímeros semiconductores y capas inorgánicas, que resultan más respetuosos con el medioambiente y prolongan la vida útil de las células.

Además, Park llevará a cabo investigaciones in situ sobre el comportamiento de las células bajo iluminación, lo que permitirá obtener información valiosa sobre los estados excitados de los materiales. Saliba señaló que la complementariedad de enfoques de ambos grupos potenciará la generación de ideas y la intensificación de la cooperación científica entre Corea del Sur y Alemania.

La proyección internacional de esta colaboración se evidenciará en la conferencia “Advancing Perovskite-Based Photovoltaics”, que se celebrará en la Universidad de Stuttgart del 29 de septiembre al 1 de octubre de 2025. El evento reunirá a los principales expertos mundiales, quienes debatirán los avances y desafíos en el desarrollo de células solares de perovskita, así como las estrategias para llevar las innovaciones desde el laboratorio al mercado.

Tanto Park como Saliba resaltaron la importancia de unir fuerzas para acelerar el progreso en este campo. “Es una gran oportunidad para combinar nuestras fortalezas”, destacó Park, mientras que Saliba valoró el hecho de compartir intereses en ciencia de materiales y optimización estructural, junto con el enfoque en la fabricación escalable.

De cara al futuro, Park aspira a que su trabajo contribuya a un sistema energético más sostenible, convencido de que la energía solar es el recurso renovable más abundante y con mayor potencial para cubrir la creciente demanda global de electricidad.