En la actualidad están empezando a surgir el desarrollo de ventanas inteligentes que son transparentes cuando no hay sol y que se oscurecen automáticamente cuando este es demasiado brillante. Un paso más allá de esta tecnología, sería que cuando la ventana se oscurece produjera electricidad de forma simultánea. Tal material, un vidrio fotovoltaico que también es reversiblemente termocrómico, es una tecnología verde ampliamente perseguida por multitud de investigadores, y ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley han desarrollado una manera para que este concepto funcione.
Gracias al desarrollo de una forma de perovskita, uno de los materiales más populares de la investigación solar actualmente debido a su alta eficiencia de conversión, los investigadores encontraron que este material funciona sorprendentemente bien como un material semiconductor estable y fotoactivo que puede cambiarse reversiblemente entre en un estado transparente y otro no transparente, sin degradar las propiedades electrónicas.
Los científicos hicieron el descubrimiento mientras investigaban la transición de fase de una perovskita inorgánica. “Esta clase de perovskita de haluros inorgánicos tiene una increíble química de transición de fase”, declaró Peidong Yang, director de la investigación. “Esencialmente puede cambiar de una estructura cristalina o otra cuando cambiamos ligeramente la temperatura o introducimos un poco de vapor de agua”.
Cuando el material cambia su estructura cristalina, este cambia de transparente a no transparente. “Estos dos estados tienen exactamente la misma composición pero estructuras de cristal muy diferentes. Esto fue muy interesante para nosotros, ya que podemos manipularlo fácilmente de una manera imposible de realizar con los semiconductores convencionales existentes”, explicar Yang.
Los materiales de perovskita de haluro son compuestos que tienen la estructura cristalina del mineral perovskita. Sus propiedades única con altas tasas de eficiencia y facilidad de procesamiento lo han convertido en uno de los desarrollos más prometedores en la tecnología solar en los últimos años. Recientemente otros investigadores del NREL (Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los Estados Unidos), hicieron un descubrimiento similar, utilizando una reacción química en una perovskita híbrida para el desarrollo de una ventana solar conmutable.
Los investigadores del Laboratorio Berkeley no se propusieron originalmente desarrollar una ventana solar termocrómica. Estaban investigando las transiciones de fase en células solares de perovskita y tratando de mejorar la estabilidad en un prototipo híbrido orgánico-inorgánico de perovsita metaliamonio con yoduro de plomo. Así que intentaron usar el cesio para reemplazar el metilamonio.
“La estabilidad química mejoró dramáticamente, pero desafortunadamente la fase no fue estable. Se transformó en la fase de baja temperatura. Esto fue un importante inconveniente, pero luego lo hemos convertido en algo único y útil”, declaró Letian Dou, autor principal de la investigación.
El material se activa para pasar de la fase de baja temperatura a la de alta (o de transparente a no transparente) mediante la aplicación de calor. En el laboratorio, la temperatura requerida era de unos 100 grados centígrados. Y actualmente están trabajando para reducirlo a 60º.
A su vez, se utilizó la humedad para desencadenar la transición inversa: “La cantidad de humedad necesaria depende de la composición y el tiempo de transición deseado. Por ejemplo, más bromuro hace que el material sea más estable, por lo que la misma humedad requeriría más tiempo para transformarse del estado de alta temperatura a baja”, explicar el becario postdoctoral en Berkeley, Jian Lin.
Los investigadores continúan trabajando en el desarrollo de formas alternativas para desencadenar la transición inversa, como la aplicación de un cierto voltaje, o desarrollo de ingeniería sobre la fuente de humedad.
“La célula solar muestra un rendimiento totalmente reversible y una excelente estabilidad de todo el dispositivo en los ciclos de transición de fase, sin pérdidas de color o degradación del rendimiento. Con un dispositivo como este, un edificio o un automóvil, puede recolectar energía solar a través de la ventana inteligente fotovoltaica”, concluye Lai.
