PATENTES “ESPAÑOLAS” DE CÉLULAS SOLARES FOTOVOLTAICAS BASADAS EN PEROVSKITAS.

Hoy vamos a fijarnos en las patentes de células solares fotovoltaicas fabricadas con perovskitas cuyos solicitantes y/o inventores son españoles, ya que, como se mostrará más adelante, el porcentaje de patentes españolas en este campo es muy alto comparado con el porcentaje global.

Desde las primeras invenciones sobre células solares patentadas a finales del siglo XIX, el número de patentes ha aumentado exponencialmente hasta llegar en la actualidad a más de 100.000 (búsqueda en base de datos EPODOC por palabra clave: solar w cell[,s]).

Uno de los objetivos principales de la investigación llevada a cabo sobre células solares fotovoltaicas es proporcionar una célula solar eficaz, que pueda prepararse rápidamente, reproducible usando materiales de bajo coste fácilmente disponibles y usando un procedimiento de fabricación corto, basado en etapas de fabricación conocidas industrialmente. Además, las células solares deben ser estables en la mayoría de los ambientes adversos en los que se pueden encontrar.

Para aumentar la eficacia de las células solares y abaratar el coste de las mismas, algunas líneas de investigación se centran en el desarrollo de materiales alternativos al silicio o que se puedan emplear de forma conjunta, aprovechando las ventajas de ambos materiales.

Así, a partir de que en 2009 Kojima y colaboradores¹ introdujeran perovskitas orgánicas-inorgánicas en una célula solar, científicos de todo el mundo expertos en perovskitas, dirigieron sus investigaciones hacia la fabricación de células solares utilizando estos materiales que conocían tan bien, y que se podían obtener mediante técnicas baratas y sencillas.

Las perovskitas son minerales formados por óxidos de titanio y de calcio (CaTiO3).Sin embargo, las perovskitas empleadas en la fabricación de células solares hacen referencia a los compuestos cristalinos que tienen la misma estructura que estos óxidos, esto es, una estructura cristalina que sigue el patrón ABX3, donde X, un halógeno, ocupa los vértices y B, un catión de tamaño medio, normalmente un metal de transición, ocupa el centro de un octaedro, mientras que A, un catión grande que puede que ser un alcalino, alcalinotérreo o lantánido, ocupa el espacio libre entre 8 octaedros²:

Actualmente, las perovskitas se utilizan en la fabricación tanto de células convencionales de silicio como en células de tipo orgánico. Las perovskitas permiten fabricar células solares con capas activas muy delgadas (menos de 500 nm) que absorben gran parte del espectro solar (desde 300 nm hasta 1100 nm). Todo ello, mediante procedimientos químicos simples y convencionales, resultando en procesos de producción fácilmente escalables y de bajo coste.

Pero no todo son ventajas, las células actuales basadas en perovskitas son inestables debido a la humedad ambiental y, además, hay que tener en cuenta la toxicidad del plomo y de los iones cloruro que se emplean en los procesos de fabricación.

Esto significa que, aunque se ha dado un paso enorme en la fabricación de células solares fotovoltaicas utilizando estos materiales, todavía queda mucho por hacer.

En un estudio reciente³, basado en el análisis de palabras clave en artículos científicos, en el periodo 2000-2015, de 8 tecnologías emergentes en el área de la fotovoltaica, se ha visto que la aplicación de perovskitas en células solares ocupa los primeros puestos, conjuntamente con las células orgánicas en las que se utiliza habitualmente.

Esta I+D+i se traduce automáticamente en un crecimiento exponencial del número de solicitudes de patente presentadas desde 2012, como muestra la gráfica siguiente. En esta gráfica se presenta el número de documentos de patentes publicados desde 2010 hasta 2016. La búsqueda se ha llevado a cabo en la base de datos EPODOC, utilizando la siguiente sentencia de búsqueda: perovskite[,s] and ((solar w cell[,s]) or photovoltaic) and (h01l51/42/low/c or h01l31/low/c).

Es decir, la fabricación de células solares fotovoltaicas basadas en perovskitas, es una tecnología emergente que se encuentra en sus primeras etapas de desarrollo y cuyos resultados parecen muy prometedores.

¿Qué papel juegan nuestros científicos en el desarrollo de esta tecnología? Para intentar contestar a esta pregunta, se ha analizado el porcentaje de solicitantes e inventores españoles en la gráfica anterior y se ha comparado con el porcentaje de patentes presentadas en el área de la energía fotovoltaica y con el total de patentes presentadas.

La siguiente tabla muestra los documentos de patente recuperados de entre los mostrados en la gráfica anterior, cuyos solicitantes y/o inventores son españoles:

Nota: pudiera faltar algún documento ya que la búsqueda se ha realizado indicando la nacionalidad [ES] en los campos solicitante e inventor y se ha comprobado que, en algún, caso la nacionalidad del inventor puede estar equivocada, por lo que esos documentos no se recuperarían.

Las patentes recuperadas constituyen casi el 4% de las patentes mundiales publicadas. En el caso de las patentes presentadas por españoles en energía fotovoltaica, el porcentaje se reduce hasta el 1-2% (porcentaje calculado a partir de los datos obtenidos de: OECD Stat.Extracts – EPO PATSTAT 2014/08, para el campo: SOLAR PHOTOVOLTAIC ENERGY, Y02E10/5, en el periodo 2000-2012), situando, en este caso, a España entre los 15 primeros solicitantes de patentes de energía fotovoltaica.

Por último, según el último informe de la OMPI, sobre Indicadores de Propiedad Intelectual⁴, España se encuentra en el puesto 22 de solicitantes de patentes en el ránking de solicitantes mundiales.

Como conclusión, los datos obtenidos sobre solicitudes de patentes presentadas por solicitantes y/o inventores españoles, indican que los científicos españoles están llevando a cabo un trabajo enorme y con resultados positivos en el desarrollo de las células solares basadas en perovskitas, una de las tecnologías emergentes más prometedoras en el campo de la energía fotovoltaica en la actualidad.

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¹KOJIMA, et al., Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells, J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (17), pp 6050–6051.

²https://es.wikipedia.org/wiki/Perovskita

³ Boelman, E., et al., Technology Innovation Monitoring (TIM) for mapping emerging photovoltaics and offshore wind energy technologies, 2016, JRC104449, https://ec.europa.eu/jrc

⁴ World Intellectual Property Indicators 2016, ISBN: 978-92-805-2805-3