Perovskitas de colores: mejores tecnologías para ventanas termocrómicas

Unos científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) del Departamento de Energía de los Estados Unidos han informado de un gran avance en el desarrollo de una ventana termocrómica de próxima generación que no solo reduce la necesidad de aire acondicionado sino que también genera electricidad simultáneamente.

El calor generado por la luz del sol que brilla a través de las ventanas es el mayor contribuyente a la necesidad de aire acondicionado y refrigeración en los edificios. Debido a que los edificios residenciales y comerciales utilizan el 74% de toda la electricidad y el 39% de toda la energía en los Estados Unidos, una cifra parecida a la de otros países, el efecto de sombreado de las ventanas tintadas ayuda a los edificios a utilizar menos energía.

La tecnología, denominada "fotovoltaica termocrómica", permite que la ventana cambie de color para bloquear el resplandor lumínico y reducir el calentamiento solar no deseado cuando el vidrio se calienta en un día caluroso y soleado. Este cambio de color también lleva a la formación de una célula solar funcional que genera energía a bordo. Las ventanas fotovoltaicas termocrómicas pueden ayudar a los edificios a convertirse en generadores de energía, aumentando su contribución a las necesidades más amplias de la red energética. El más reciente avance ahora permite alcanzar una miríada de colores y un rango más amplio de temperaturas que impulsan el cambio de color. Esto aumenta la flexibilidad de diseño para mejorar la eficiencia energética, así como el control sobre la estética del edificio, lo cual es muy deseable tanto para los arquitectos como para los usuarios finales.

La investigación se basa en trabajos anteriores en el NREL sobre una ventana termocrómica que se oscurecía cuando el sol calentaba su superficie. Al pasar la ventana de transparente a tintada, las perovskitas incrustadas en el material generaban electricidad. Las perovskitas son una estructura cristalina que ha demostrado tener una notable eficiencia en el aprovechamiento de la luz solar.

Lance Wheeler con una muestra de tecnología de ventana basada en perovskita. (Foto: Dennis Schroeder, NREL)

"Un prototipo de ventana usando esta tecnología podría desarrollarse en un año", dijo Bryan Rosales, un investigador postdoctoral del NREL y autor principal del artículo que aparece en la revista Nature Communications. Sus coautores del NREL son Lance Wheeler, quien desarrolló la primera ventana fotovoltaica termocrómica, Taylor Allen, David Moore, Kevin Prince, Garry Rumbles y Laura Schelhas. Otros autores son Laura Mundt del Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC, y Colin Wolden de la Escuela de Minas de Colorado.

La ventana solar de primera generación fue capaz de cambiar entre el color transparente y el marrón rojizo, y viceversa, requiriendo temperaturas entre 65 y 80 grados Celsius para desencadenar la transformación. La última versión permite una amplia elección de colores y funciona entre 35 y 46 grados, una temperatura de vidrio que se alcanza fácilmente en un día caluroso.

Utilizando una composición química y materiales diferentes, los investigadores también fueron capaces de acelerar rápidamente la transformación del color. El tiempo se redujo a unos siete segundos de los tres minutos que tomó durante la prueba de concepto de la ventana fotovoltaica termocrómica demostrada en 2017.

Los científicos intercalaron una fina película de perovskita entre dos capas de vidrio e inyectaron vapor. El vapor desencadena una reacción que hace que la perovskita se organice en diferentes formas, desde una cadena a una lámina o un cubo. Los colores emergen con las formas cambiantes. Al bajar la humedad, la perovskita vuelve a su estado transparente normal. (Fuente: NCYT Amazings)