Desde el Crystal Palace en Londres 1851, el teléfono en Filadelfia 1876 hasta la escalera mecánica en París 1900, la Exposición Universal siempre ha exhibido innovaciones y tecnologías de vanguardia de la época. En la Expo 2025 de Osaka, el país anfitrión, Japón, promociona su tecnología más avanzada en un lugar inesperado: la terminal de autobuses frente al recinto principal.
Al llegar a la Terminal 1 de Transporte de Yumeshima, los visitantes verán más de 250 paneles de células solares de perovskita ultrafinas y ligeras que conforman el techo curvo de la terminal de 250 metros de longitud. Japón espera que estos paneles solares con forma de película se conviertan en la tecnología revolucionaria que no solo proporcione al país más energía renovable y reduzca su dependencia de China, sino que también le brinde la oportunidad de liderar la próxima generación de tecnología de baterías solares.
«Es como matar tres pájaros de un tiro», dijo Takayuki Taenaka, funcionario del Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón (METI), encargado de respaldar la tecnología.
Los paneles de perovskita, de aspecto laminar, llamados así por su estructura cristalina, son esencialmente capas de componentes químicos de tan solo unos milímetros de espesor. Pueden ser tan eficientes como los paneles solares convencionales de polisilicio en la generación de energía, pero son 20 veces más delgados, 10 veces más ligeros y más flexibles.
Esto permite que los paneles se puedan colocar sobre lugares no aptos para paneles de polisilicio más pesados, como paredes, techos menos resistentes e incluso ventanas.
Japón ocupa el primer lugar entre las principales naciones en capacidad solar instalada por kilómetro cuadrado de tierra plana y, dado su terreno montañoso, se está quedando rápidamente sin área para ubicar parques solares a gran escala.
Tokio considera los paneles de perovskita como una parte vital de su objetivo de generar hasta un 29% de su energía a partir de energía solar para el año fiscal 2040 (desde poco menos del 10% actual) instalándolos en lugares como paredes y ventanas de edificios, creando esencialmente megaplantas de energía solar dentro de las ciudades.
La tecnología, descubierta en 2009, todavía está en sus primeras etapas, pero Sekisui Chemical, la compañía detrás de las células en la Expo 2025 de Osaka, está considerando envíos comerciales este año fiscal, y la producción en masa comenzará a partir del año fiscal 2027.
«Creemos que esta tecnología tiene el potencial de superar a los paneles solares convencionales basados en silicio en términos de eficiencia de generación de energía», dijo Futoshi Kamiwaki, presidente de Sekisui Solarfilm, una subsidiaria que el fabricante japonés de plásticos creó para la empresa.
Las células solares de silicio más nuevas suelen tener una eficiencia del 20 %, y las células de perovskita de Sekisui han alcanzado una del 15 %. Sin embargo, en condiciones de laboratorio, las células de perovskita «han alcanzado cerca del 30 %», afirmó Kamiwaki.
Alrededor de una docena de empresas y nuevas empresas ya han entrado en el sector, y algunas empresas como Panasonic y la empresa química Kaneka trabajan en la integración de la tecnología en materiales de construcción como vidrios para ventanas.
Se espera que todo ese desarrollo ayude a Japón a alcanzar su objetivo de generar 20 GW de electricidad a partir de energía solar de próxima generación, incluidos paneles de perovskita, para 2040, el equivalente a unas 20 plantas de energía nuclear.
El gobierno ha implementado una serie de medidas y subsidios para ayudar a que la industria de la perovskita crezca; Sekisui, que gastará 310 mil millones de yenes (2,1 mil millones de dólares) para construir una nueva planta de fabricación de células solares con una capacidad de producción anual de 1 GW, verá la mitad del gasto cubierto por el gobierno.
También hay un presupuesto de 5 mil millones de yenes para ayudar a los municipios locales a adoptar las células solares de próxima generación, y el gobierno «priorizará» las células de perovskita cuando instale paneles solares en todos los edificios propiedad del gobierno para el año fiscal 2040.
Mientras Tokio implementa estas medidas, persiste el amargo recuerdo de haber cedido el liderazgo en células solares de polisilicio a China a mediados de la década de 2000. En un documento del METI titulado «Estrategia para baterías solares de próxima generación», publicado el año pasado, el ministerio dedicó las primeras páginas a relatar cómo perdió en la competencia.
Japón había «desarrollado tecnología de paneles solares desde la crisis del petróleo de 1973, y representaba el 50% de la participación mundial alrededor del año 2000. Pero después de 2005, al competir con otros países como China… la participación de Japón es ahora inferior al 1%», señala el documento.
Concluyó que el gobierno «carecía de políticas» como el apoyo al desarrollo de capacidades de producción y el fortalecimiento de la cadena de suministro teniendo en cuenta el mercado global.
China, que aprovechó la falta de impulso de Japón y otros países, domina ahora la cadena de suministro de energía solar fotovoltaica. En un informe de 2022, la Agencia Internacional de la Energía reveló que la participación del país en todas las etapas de fabricación de paneles solares supera el 80 %, con un control absoluto de los materiales necesarios para su fabricación.
«El mundo dependerá casi por completo de China para el suministro de componentes clave para la producción de paneles solares hasta 2025», afirma el informe.
Una ventaja clave de la energía solar de perovskita es que no utiliza polisilicio, un material en el que China tiene un dominio absoluto. El principal componente de esta nueva tecnología es el yodo: Chile y Japón son los dos mayores productores de este material.
«Depender de un solo proveedor de polisilicio conlleva un riesgo, lo cual se convierte en un riesgo para la seguridad nacional», declaró Taenaka, del METI. «El hecho de que el principal ingrediente de la perovskita fotovoltaica (FV) sea el yodo, del que somos un importante productor, nos satisface profundamente».
La energía solar de perovskita requiere un procesamiento de materiales avanzado y una fabricación de precisión, y los funcionarios y las empresas japonesas creen que la tecnología tiene un bajo riesgo de convertirse en un producto básico, como la fabricación de paneles solares de polisilicio.
«En realidad, existe mucho conocimiento público sobre la fabricación de energía solar con perovskita porque los avances en la tecnología provienen en gran medida de hallazgos académicos», dijo Yukihiro Kaneko, gerente general del departamento de desarrollo de energía fotovoltaica con perovskita de Panasonic.
«Sin embargo, la perovskita fotovoltaica no es una tecnología lista para usar. Es como cocinar. Incluso con una sartén y los ingredientes adecuados, la calidad del producto final depende de lo bueno que sea el cocinero», afirmó.
Mientras que las empresas japonesas se centran principalmente en el desarrollo de perovskitas con forma de película, las principales empresas solares chinas como Jinko Solar y Longi han comenzado a centrarse en una rama diferente de la tecnología, llamada células solares «tándem» de perovskita, donde combinan la capa de perovskita con paneles solares de polisilicio.
Esto les permite mejorar la eficiencia de conversión energética de los paneles solares. Jinko anunció en enero que alcanzó una eficiencia de conversión del 33,84 %, muy superior a la de los paneles convencionales de polisilicio.
Yana Hryshko, jefa de investigación de la cadena de suministro solar en la consultora energética Wood Mackenzie, dijo que los chinos se están centrando en el formato tándem porque los principales fabricantes solares invirtieron «demasiado dinero» en desarrollar capacidades de producción para paneles basados en polisilicio.
«Esto no significa que en el futuro no se vaya a fabricar perovskita [en forma de película]… pero eso no ocurrirá pronto, porque hay un exceso de capacidad significativo para módulos solares, células solares, obleas y polisilicio», dijo Hryshko.
La industria ya sufre un gran exceso de capacidad; los fabricantes están perdiendo miles de millones. Esta transición a una tecnología diferente no ocurrirá pronto hasta que se aproveche la capacidad existente.
Si bien las células tándem pierden la ventaja de la perovskita tipo película (la de poder ubicarlas en sitios difíciles para los paneles solares convencionales), existe un potencial para «un enorme mercado global», según un documento del METI, dado que podrían reemplazar a los viejos paneles de polisilicio instalados en todo el mundo.
Las células solares de perovskita en tándem también se añadirán a la lista de objetivos del gobierno para el Fondo de Innovación Verde, que subvenciona el desarrollo de tecnología de descarbonización. El apoyo podría comenzar a partir del año fiscal 2025, con el objetivo de establecer la tecnología de fabricación y producción en masa para el año fiscal 2030. Detalles como el monto de la financiación aún están por determinar.
Todos los involucrados en la industria coinciden en que, para que las perovskitas con forma de película se adopten tanto a nivel nacional como internacional antes que las células solares en tándem y los paneles solares convencionales, los costos deben reducir significativamente.
«Si los costos de los paneles de perovskita pueden caer al nivel de los paneles de polisilicio fabricados en China, entonces esta tecnología japonesa puede despegar», dijo Yasushi Ninomiya, investigador ejecutivo del Instituto de Economía Energética de Japón.
Actualmente, el gobierno aspira a un coste de generación de 10 yenes por kilovatio hora para 2040, en el mejor de los casos. El promedio mundial de los paneles de polisilicio es de 5 a 6 yenes por kWh, y el más económico ronda los 2 yenes. Aún queda mucho camino por recorrer, añadió.
Boston Consulting Group estima que si los costes caen a 10 yenes por kWh en 2040, habrá 1.196 GW de demanda global, comparable a la capacidad solar instalada acumulada actual de 1.865 GW.
Pero los fabricantes japoneses se enfrentan al clásico dilema de «el huevo y la gallina»: las empresas no pueden producir en masa sin un mercado lo suficientemente grande, pero sin la reducción de costos asociada a la producción en masa, no habrá un mercado lo suficientemente grande.
La creación de un mercado considerable es «un problema al que creo que todas las empresas implicadas tienen dificultades para encontrar soluciones eficaces», declaró Tomohiro Tobari, director sénior del grupo de estrategia de energía fotovoltaica de alto rendimiento de Toshiba. «Esta industria necesitará apoyo gubernamental al menos hasta 2030».
Los funcionarios gubernamentales son muy conscientes del obstáculo. «Lo que queremos evitar con nuestras políticas es que, debido a la falta de demanda y mercado, la producción en masa no se lleve a cabo y los costos no bajen», declaró Taenaka, del METI.
«Ahora nos centramos en el mercado nacional, pero también tendremos que ver cómo vender esta tecnología en el extranjero», añadió. «Mucha gente ya ha presenciado esta tecnología en la Expo de Osaka. El siguiente paso es convertir esa presencia en negocio».
