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Células solares de silicio flexibles
Las células solares convencionales son voluminosas y rígidas, pero la construcción de células ligeras y flexibles conlleva ventajas en cuanto a eficiencia y robustez. Un nuevo método para fabricar matrices flexibles de diminutas células solares de silicio podría producir dispositivos que no sufran estas compensaciones. Las matrices de estas microcélulas son tan eficientes como los paneles solares convencionales y pueden ser más baratas de fabricar porque usan significativamente menos silicio. Las diminutas células solares podrían incorporarse, entre otras aplicaciones, en el tinte de ventanas, y podrían usarse para alimentar el aire acondicionado y el GPS de un automóvil.
Flexionando el poder del silicio: Matrices de diminutas células solares de silicio como la de esta fotografía se ensamblan mediante una técnica de impresión por transferencia. Estos conjuntos son tan eficientes como las células solares convencionales, que son voluminosas y rígidas. Cada microcélula de la matriz tiene aproximadamente 1,5 milímetros de largo y 15 micrómetros de grosor.
Investigadores liderados por John Rogers , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, utilizó una combinación de grabado e impresión por transferencia para crear matrices de celdas de silicio que tienen una décima parte del grosor de las celdas convencionales. Demostraron múltiples diseños posibles para paneles solares que incorporan las microcélulas, incluidas matrices densas lo suficientemente flexibles como para doblarse alrededor de un lápiz. Puede enrollarlos como una alfombra, transportarlos en una camioneta y desplegarlos en una azotea, dice Rogers.
El proceso se basa en técnicas para fabricar componentes electrónicos flexibles que Rogers ha estado desarrollando durante los últimos años. Primero, los investigadores de Illinois graban barras de aproximadamente 1,5 milímetros de largo, 50 micrómetros de ancho y 15 micrómetros de espesor de una oblea de silicio monocristalino. Usan un sello hecho de un polímero blando para recoger las microbarras y colocarlas sobre un sustrato, que puede ser vidrio o plástico flexible, y luego fabrican interconexiones. Rogers descubrió que un espesor de celda de 15 a 20 micrómetros lograba un buen equilibrio: lo suficientemente delgado para ser flexible, pero lo suficientemente grueso para ser mecánicamente estable y eficiente. Las células solares convencionales utilizan una capa de silicio de 150 a 200 micrómetros de espesor.
Las matrices de celdas tienen una eficiencia de alrededor del 12 por ciento. Los investigadores de Illinois aumentaron la potencia de salida de las matrices en aproximadamente dos veces y media al agregar concentradores en forma de una capa de microlentes cilíndricos. Las mejores células solares del mercado convierten más del 20 por ciento de la luz solar que cae sobre ellas en energía.
Este es un buen comienzo para usar obleas de silicio de manera más eficiente, dice Howard Branz , científico principal del grupo de materiales y dispositivos de silicio en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable, en Golden, CO. Con su enfoque de impresión por transferencia, dice Branz, Rogers y su grupo han demostrado por primera vez cómo se pueden fabricar células tan delgadas en grandes áreas.
Las células solares flexibles hechas de otra forma de silicio, llamada silicio amorfo, han encontrado un lugar en aplicaciones de nicho donde el bajo peso es crítico. Sin embargo, estas células no se han utilizado más ampliamente porque son mucho menos eficientes que el silicio cristalino utilizado en las células solares convencionales. Hay muchos grupos que trabajan en nuevos materiales, incluidos polímeros para células solares flexibles. Pero estos materiales aún no igualan la eficiencia y durabilidad del silicio, dice Ray Chen , profesor del centro de investigación de microelectrónica de la Universidad de Texas en Austin. No puedo decir que el silicio sea el material a largo plazo, dice Chen. Pero según los datos que tenemos en este momento, el silicio [monocristalino] es un material muy robusto y tiene la ventaja de la confiabilidad y la eficiencia.
Una de las principales ventajas de fabricar matrices de células solares utilizando su proceso de impresión por transferencia, dice Rogers, es la capacidad de controlar el espacio entre las microcélulas. Las matrices dispersas de las células son semitransparentes y podrían usarse como revestimientos de ventanas tintados que producen energía. Rogers también espera que las células solares delgadas reemplacen a las células solares convencionales en los techos y en otros lugares donde ya se encuentran las células solares. Si la tecnología de Illinois resulta ser más barata y más fácil de transportar e instalar que las células convencionales, podría eliminar algunas de las barreras para un uso más generalizado de la energía solar.
Aún así, quedan dudas sobre la eficiencia de las células solares de Rogers. Para cambiar las reglas del juego, estas células deberán tener una eficiencia cercana al 15 por ciento, dice Branz. Existen métodos para aumentar la eficiencia de las células solares de silicio monocristalino a más del 20 por ciento, dice Rogers, y estos métodos también podrían aplicarse a las microcélulas, aunque los investigadores de la Universidad de Illinois aún no se han centrado en optimizar la eficiencia del material.