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Células solares económicas y eficientes
Una nueva forma económica de unir espejos al silicio produce células solares muy eficientes que no cuestan mucho de fabricar. La técnica podría dar lugar a paneles solares que produzcan electricidad por el precio medio de la electricidad en los Estados Unidos.
Reflexión adicional: Esta nueva celda solar es extremadamente eficiente pero se puede fabricar a bajo costo gracias a una nueva técnica para colocar espejos en silicio.
Suniva , una startup con sede en Atlanta, ha fabricado células solares que convierten aproximadamente el 20 por ciento de la energía de la luz solar que cae sobre ellas en electricidad. Eso representa un aumento del 17 por ciento de sus células solares anteriores y se acerca a la eficiencia de las mejores células solares del mercado. Pero a diferencia de otras células solares de silicio de alta eficiencia, dice Ajeet Rohatgi , fundador y director de tecnología de la empresa, los de Suniva se fabrican con métodos de bajo costo. Uno de esos métodos es la serigrafía, un proceso relativamente económico muy parecido al proceso de serigrafía que se utiliza para imprimir camisetas.
Hasta ahora, el alto costo de las células solares las ha limitado a un papel marginal en la producción de energía, representando menos del 1 por ciento de la electricidad en todo el mundo. Rohatgi calcula que las técnicas de fabricación de bajo costo de la compañía harán que la energía solar sea competitiva con las fuentes convencionales, produciendo electricidad por alrededor de 8 a 10 centavos por kilovatio-hora, el costo promedio de la electricidad en los Estados Unidos y mucho menor que los precios en muchos mercados.
Las células de Suniva son eficientes en gran parte porque pueden atrapar la luz, manteniendo los fotones dentro del material activo de la célula solar hasta que su energía se pueda utilizar para liberar electrones y generar una corriente eléctrica. El concepto básico de atrapar la luz no es nuevo. Se basa en texturizar la superficie frontal de la capa de silicio que forma el material activo de la célula solar. La textura crea facetas que redirigen la luz entrante, refractandola para que, en lugar de pasar directamente a través del silicio, viaje a lo largo de la capa de silicio. Por tanto, los fotones permanecen más tiempo en el material y tienen más posibilidades de ser absorbidos por los átomos del material. Cuando eso sucede, la energía de los fotones puede liberar electrones que se utilizan para generar corriente.
La captura de luz se puede mejorar emparejando la superficie texturizada con una capa reflectante en la parte posterior de la capa de silicio. El espejo mantiene la luz en la celda solar aún más tiempo, aumentando aún más el número de electrones liberados. Como consecuencia, el silicio puede tener la mitad de su espesor normal mientras absorbe la misma cantidad de luz. El uso de un material menos costoso reduce los costos directamente. Pero también permite que los fabricantes de células solares se las arreglen con formas de silicio más baratas y menos puras. En una celda solar convencional, que puede tener una capa de silicio de 200 micrómetros de espesor, las impurezas dentro del material pueden atrapar fácilmente electrones antes de que alcancen la superficie y escapen para generar una corriente. Sin embargo, en una capa de silicio de solo 100 micrómetros de espesor, los electrones tienen una distancia más corta para viajar, por lo que es menos probable que encuentren una impureza antes de escapar. El silicio de grado inferior es mucho más barato y más fácil de fabricar que el silicio altamente refinado que se usa normalmente en las células solares.
Algunas empresas ya han introducido productos que combinan un frente texturizado con un respaldo espejado, y se ha demostrado que la técnica funciona bien en los laboratorios durante años. Pero agregar la capa reflectante generalmente requiere un procesamiento y una litografía costosos. Rohatgi ha desarrollado materiales patentados que se pueden incorporar a las células solares mediante serigrafía. Esto, junto con otros avances que simplifican el proceso de fabricación, le permitió a la empresa producir celdas de alta eficiencia a bajo costo.
Tonio Buonassisi , profesor de ingeniería mecánica en el MIT, dice que la nueva celda solar de Suniva es emocionante porque es una demostración de que algunas de las tecnologías de alta eficiencia en las que se ha trabajado durante años en el laboratorio pueden ser aplicables en el mercado. Él dice que la decisión de Suniva de utilizar tales tecnologías es un riesgo que la mayoría de las otras empresas de células solares han estado evitando. Ahora que Suniva ha desarrollado una forma de aplicar estas técnicas de forma económica, predice que otras empresas de células solares podrían verse obligadas a hacer lo mismo para competir.
Sin duda, queda mucho trabajo por hacer antes de que se pueda alcanzar la meta de 8 a 10 centavos por kilovatio. Suniva ha demostrado el primer paso crucial, que es demostrar que puede fabricar células solares con una eficiencia de más del 20 por ciento mediante la serigrafía. Los resultados han sido confirmados por el Laboratorio Nacional de Energías Renovables , en Golden, CO. Pero para esas pruebas, Suniva usó celdas con obleas de silicio de 200 micrómetros de espesor, y alcanzar los 8 centavos el kilovatio requerirá obleas de 100 micrómetros. Se ha establecido que esto es técnicamente posible. El desafío radica en adquirir grandes cantidades de ese silicio, ya que las obleas tan delgadas no están disponibles comercialmente, dice Rohatgi. Es más, las fábricas necesitarán ser reestructuradas para manejar celdas de 100 micrómetros, que las máquinas diseñadas para manejar obleas más gruesas podrían romper.
La prioridad de la empresa ahora es aumentar la producción de sus celdas de 200 micrómetros de alta eficiencia, lo que aún podría reducir el costo de la energía solar. Una vez que se ha establecido la fabricación de alto volumen, el siguiente paso es introducir obleas más delgadas, reduciendo aún más los costos.