Un nuevo estudio desarrollado por científicos italianos desafía una de las creencias más persistentes en la ciencia de materiales: que las células solares de perovskita no son aptas para ambientes húmedos. La investigación, publicada en la revista especializada Energy & Environmental Materials, revela que no solo pueden funcionar en medios submarinos, sino que, en ciertas condiciones, logran rendimientos superiores a los obtenidos en la superficie.
La idea de colocar paneles solares bajo el agua podría parecer, a simple vista, una contradicción. Sin embargo, el avance logrado por el equipo liderado por Jessica Barrichello, del Instituto de Estructura de la Materia (ISM-CNR), en conjunto con otros centros italianos de excelencia, como el Instituto para los Procesos Químicos-Físicos de Messina, la Universidad Roma Tor Vergata y la empresa BeDimensional, convierte esa aparente contradicción en una promesa tecnológica concreta.
“Este trabajo pionero no solo muestra que la perovskita puede trabajar también en condiciones húmedas, sino que abre nuevas posibilidades al uso sostenible del espacio submarino, cada vez más empleado para actividades como la agricultura marina, el envejecimiento del vino y otras aplicaciones innovadoras”, afirma Barrichello.
Las células solares utilizadas en este estudio no son convencionales. Se trata de dispositivos fotovoltaicos de perovskita semitransparentes, con una banda prohibida amplia de 2,3 eV, diseñadas para absorber eficientemente la luz azul-verde, dominante en las profundidades marinas. Para asegurar su integridad en un ambiente hostil como el agua salada, el equipo desarrolló un encapsulamiento robusto con poliisobutileno (PIB), un material compatible con procesos industriales que no utiliza solventes y evita la deformación.
Este recubrimiento demostró ser clave: tras 10 días de inmersión en agua salada, incluso en un dispositivo con daño previo, las emisiones de plomo permanecieron por debajo de los límites legales para agua potable. “Además, gracias al encapsulamiento con un adhesivo desarrollado por la empresa BeDimensional, después de 10 días de inmersiones en agua salada, las células solares expulsaron cantidades mínimas de plomo, por debajo de los límites impuestos para el agua potable”, remarcó Barrichello.
La celda desarrollada se compone de varias capas especializadas: una base de óxido de estaño dopado con flúor (FTO); una capa de transporte de electrones (ETL) de óxido de estaño (SnO₂); el absorbedor de perovskita FaPbBr₃; una capa de transporte de huecos (HTL) de poli(triarilamina) (PTAA), y un electrodo superior de óxido de indio y estaño (ITO). Este último capta la luz reflejada por el entorno acuático y contribuye al rendimiento del sistema.
Mayor eficiencia en los primeros centímetros
Las pruebas experimentales se llevaron a cabo en un tanque, donde las células fueron sumergidas a diferentes profundidades: 0,5 cm; 3 cm, y 6 cm. Los resultados fueron más que prometedores. En la capa más superficial del agua, los dispositivos alcanzaron una eficiencia de conversión de energía un 8% superior a la observada fuera del agua. Este fenómeno se explicó por un aumento en la corriente de cortocircuito generado por el efecto antirreflectante del agua y la reducción de temperatura, factores que favorecen la respuesta de las células.
“El aumento de la corriente, y por consiguiente de la eficiencia, se relaciona con el efecto antirreflectante del agua sobre la celda solar”, explicaron los investigadores, quienes también subrayaron el impacto positivo de la temperatura más baja. El agua, en este caso, actúa como una lente natural que reduce la pérdida de luz y mejora la conversión fotovoltaica.
Sin embargo, a medida que la profundidad aumenta, la eficiencia comienza a descender de manera más pronunciada. Este comportamiento está alineado con lo que se conoce del espectro solar bajo el agua: por debajo de los 50 metros, solo penetra luz azul-verde (400-600 nm), lo que obliga a seleccionar materiales capaces de aprovechar ese segmento específico.
Si bien existen múltiples aplicaciones conocidas para la energía solar –desde techos urbanos hasta satélites o cultivos agrovoltaicos– el entorno submarino ha permanecido en gran medida inexplorado. El trabajo realizado por los investigadores italianos rompe ese límite y amplía las fronteras tecnológicas. En palabras de Barrichello: “El camino hacia techos, invernaderos y edificios en el fondo del mar es más breve de lo que parece”.
Las simulaciones previas al experimento analizaron el comportamiento de la luz solar en diferentes masas de agua hasta una profundidad de 10 metros. Los cálculos, que consideraron anchos de banda de entre 1,5 y 3 eV, confirmaron que las células de perovskita con banda de 2,3 eV –como las utilizadas en este estudio– son particularmente adecuadas para captar la energía disponible en las capas submarinas superficiales.
“La tecnología de células solares de perovskita tiene el potencial de revolucionar la generación y el uso de energía en entornos submarinos. Tras confirmar la fiabilidad del encapsulante y la ausencia de fugas de plomo en dispositivos intactos y dañados durante la inmersión en agua, allanamos el camino para una aplicación pionera de PSC en submarinos. Curiosamente, descubrimos que tan solo unos centímetros de inmersión aumentaban el PCE de la célula gracias al índice de refracción intermedio del agua (con respecto al aire y el vidrio), que permite reducir la reflexión de la luz”, concluyeron los expertos en el estudio científico publicado.
Además de su rendimiento, las celdas de perovskita presentan otras ventajas para este tipo de aplicaciones: son livianas, semitransparentes, de fabricación más económica y adaptables a múltiples formas. Su flexibilidad estructural y su eficiencia ajustable las convierten en candidatas ideales para instalar en entornos submarinos, donde la forma y el acceso resultan más complejos que en tierra firme.
Aplicaciones posibles y futuras
Uno de los usos más inmediatos que los científicos contemplan con esta tecnología sustentable es alimentar dispositivos del llamado Internet de las cosas submarino (IoUT, por Internet of Underwater Things). Este ecosistema tecnológico incluye sensores, cámaras y sistemas de monitoreo que ya se utilizan en tareas como el control ambiental, la exploración marina o el cultivo de especies acuáticas. Para todos ellos, contar con una fuente de energía autónoma, limpia y eficiente representa una ventaja competitiva fundamental.
También se abre una puerta al desarrollo de estructuras submarinas habitables o productivas. En el mar Mediterráneo ya se registraron iniciativas como el envejecimiento de vinos en botellas sumergidas o el crecimiento de ciertas especies vegetales en invernaderos subacuáticos. La posibilidad de generar energía localmente, sin recurrir a cables desde la superficie, podría transformar estas experiencias en modelos replicables a escala.
El estudio ofrece una mirada optimista hacia un futuro donde el fondo del mar no solo aloje biodiversidad o cables submarinos, sino también tecnología solar avanzada, capaz de alimentar operaciones humanas sin perturbar el ecosistema.
Hasta hace poco, las perovskitas eran vistas como frágiles ante la humedad. Su tendencia a degradarse rápidamente al contacto con el agua limitaba su implementación en contextos perfectamente sellados. Este trabajo, sin embargo, modifica esa visión. Gracias a una encapsulación eficiente y a un diseño óptico orientado al espectro disponible en el agua, los científicos italianos lograron no solo mantener el funcionamiento de las células, sino mejorarlo bajo condiciones controladas.
La clave del éxito radica en haber integrado todos los pasos del proceso: desde la fabricación del dispositivo hasta su inmersión y medición en condiciones reales. “La novedad de nuestro trabajo reside en un proceso completamente interno que abarca la fabricación de células solares de perovskita, las pruebas de encapsulación mediante pruebas de fugas de plomo y la inmersión de las células solares de perovskita en agua”, indicó Barrichello.
Este enfoque integral permite prever que, con mejoras adicionales en encapsulamiento y materiales, las perovskitas submarinas podrían extender su vida útil, incrementar su eficiencia y llegar a profundidades mayores sin perder funcionalidad.
El estudio no representa un producto final, sino un punto de partida. Los investigadores italianos demostraron que existe una vía viable para incorporar la energía solar a un entorno que hasta ahora se consideraba excluido de la revolución fotovoltaica. Más allá de los logros concretos en eficiencia, encapsulación y adaptación espectral, el trabajo plantea un cambio cultural: mirar al fondo del mar como un espacio de innovación energética.
La energía solar, que durante décadas se pensó para cielos abiertos y espacios secos, comienza a encontrar un lugar también bajo la superficie. Lo que parecía una frontera natural –el agua– podría convertirse en el próximo gran aliado del desarrollo renovable. La perovskita, en ese sentido, no solo desafía las expectativas técnicas, sino también nuestra imaginación.
Estudio científico: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.70069
