Las nuevas ventanas inteligentes se oscurecen al sol y generan electricidad al mismo tiempo. La energía solar ha experimentado una revolución en los últimos años, gracias a una familia de materiales cristalinos llamados perovskites

Ventanas que apagan la luz solar y generan energía para arrancar

Ahora, los perovskites están transformando las ventanas, manteniéndolas despejadas en los días fríos, pero oscureciéndolas bajo el caluroso sol del verano. Dos grupos de investigación informan que han creado ventanas teñidas de perovskita que no sólo transitan en función de la temperatura, sino que también cosechan energía como células solares. La nueva tecnología podría un día ayudar a enfriar los edificios al sombrear la luz solar y generar energía para arrancar.

Las “ventanas inteligentes” que cambian entre transparente y opaco han existido durante décadas. Por ejemplo, el avión Boeing 787 Dreamliner emplea las llamadas ventanas electrocrómicas, que requieren una fuente de energía externa para oscurecer. Pero tales ventanas no han tenido un impacto amplio en el mercado de la construcción, debido a su mayor costo, a las inconsistencias en su capacidad para bloquear la luz exterior y, para algunos, a su demanda de energía eléctrica externa.

Pero los perovskites ofrecen una posible ruta a ventanas inteligentes y ventanas solares al mismo tiempo. Los perovskites son materiales hechos de una mezcla de elementos con una estructura cristalina particular, y las células solares hechas de ellos son casi tan eficientes para convertir la luz solar en electricidad como los paneles solares de silicio de última generación: Los mejores convierten más del 22% de la energía en la luz solar en electricidad, en comparación con 25% para silicio. Al cambiar los componentes elementales de los perovskitas, los investigadores también pueden controlar su transparencia. Además, los materiales de partida para los perovskites son mucho más baratos que las células solares existentes.

El primer avance en la combinación de todas estas características se produjo en noviembre de 2017, cuando los investigadores informaron que habían creado una ventana solar perovskita a base de plomo que cambió de transparente a opaco cuando la temperatura alcanzó 60° C. A temperaturas más frías, el perovskita en el centro de la célula solar forma un complejo con un compuesto orgánico llamado metilamina. Cuando se calienta, la metilamina se vaporiza y se separa del perovskita, haciendo que esta última se oscurezca y absorba la luz solar. Cuando el calor se disipa, ya sea cuando el sol se pone o durante el invierno, el vapor de metilamina vuelve al perovskita, volviéndolo transparente una vez más.

El perovskita calentado transforma hasta el 11,3% de su energía en electricidad. Aun así, las ventanas tienen sus inconvenientes. El mayor es que la eficiencia de las células solares cae después de sólo unas pocas veces cambiando de ida y vuelta, probablemente porque la metilamina no devuelve completamente el perovskita a su disposición cristalina inicial. Así que durante casi un año, los inventores de la ventana — dirigidos por el químico Nathan Neale y el ingeniero mecánico Lance Wheeler del Laboratorio Nacional de Energías Renovables en Golden, Colorado — han estado trabajando para encontrar una receta de perovskita diferente que podría cambiar sin la reacción química de metilamina.

Peidong Yang, un químico de la Universidad de California, Berkeley, anticiparon sus acciones. Hoy, Yang informa en Nature Materials que su equipo ha creado una ventana solar perovskita a base de cesio que se vuelve opaca y produce electricidad cuando se calienta, pero sin metilamina. Esto permite que las ventanas cambien de ida y vuelta repetidamente sin una caída en el rendimiento. “Es una idea atractiva que tengas la capacidad de las células solares y la ventana inteligente al mismo tiempo”, dice Michael McGehee, científico de materiales de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, que estudia tanto las células solares perovskite como las ventanas inteligentes.

Las ventanas solares más nuevas todavía tienen sus desventajas. Para empezar, no cambian de transparente a opaco a menos que se calienten a más de 100° C. Además, su eficiencia es sólo del 7%, muy por debajo de las células solares convencionales. McGehee señala que, además de sus problemas de estabilidad y eficiencia, todas las ventanas perovskite tienen un tinte rojizo para ellos cuando son opacas. “Eso es crucial”, dice McGehee, ya que la mayoría de los constructores se alejan de usar ventanas de colores.

Sin embargo, Yang dice que él y sus colegas ya han encontrado una variación que cambia entre 50° C y 60° C; están esperando hasta que puedan mejorar su eficiencia de conversión solar. La caza continúa de nuevos perovskites que satisfagan todas las demandas de ventanas del futuro.