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Impresión de inyección de tinta para celdas solares más económicas
Un proceso mejorado para fabricar células solares podría permitir a los fabricantes reducir a la mitad la cantidad de silicio necesaria. Dado que el silicio puede representar aproximadamente las tres cuartas partes del costo de las células solares convencionales, esto podría reducir significativamente el precio de la energía solar. La técnica puede reducir la cantidad de otros materiales utilizados y mejorar el rendimiento de las células solares.
Energia limpia: Una impresora de chorro de tinta para fabricar prototipos de células solares en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable se encuentra en una caja de guantes para control experimental. La impresora puede depositar una amplia gama de materiales para células solares con nuevos niveles de precisión.
El proceso utiliza la impresión por chorro de tinta para realizar conexiones eléctricas dentro de una celda solar, reemplazando el proceso de serigrafía existente. Debido a que el método de inyección de tinta es más preciso, puede utilizar menos material para estas conexiones. Además, debido a que los cabezales de impresión no hacen contacto con el silicio, el método funciona con obleas de silicio más delgadas. El proceso utiliza una impresora de inyección de tinta construida por iTi Solar , con sede en Boulder, CO, que se diseñó originalmente para la impresión de productos electrónicos, como los contactos en las pantallas táctiles.
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL), en Golden, CO, que ayudó a dirigir el diseño del dispositivo, ahora está comenzando a producir prototipos de células solares utilizando la tecnología. Dado que la impresora de inyección de tinta se puede colocar en las líneas de fabricación de células solares existentes, podría usarse en la producción comercial dentro de un año, se estima Maikel van Hest , científico de NREL.
Una de las primeras aplicaciones podría ser la fabricación de células solares de silicio, el tipo de célula solar más común que se vende en la actualidad. El silicio absorbe la luz y la convierte en electrones, y luego una serie de líneas plateadas impresas en el silicio recoge estos electrones, creando una corriente eléctrica. En la fabricación convencional, estas líneas plateadas se imprimen mediante serigrafía. La tinta plateada utilizada en el nuevo proceso es mucho más conductora que la pasta plateada utilizada en la serigrafía, y la impresión por chorro de tinta es más precisa. Como resultado, se pueden imprimir líneas mucho más delgadas, de 35 a 40 micrómetros de ancho, en comparación con 100 a 125 micrómetros de ancho con la serigrafía, dice van Hest. Usar menos plata ahorra dinero. También mejora el rendimiento de la célula solar ya que las líneas más delgadas dan menos sombra al material activo.
Energia limpia: Una impresora de chorro de tinta para fabricar prototipos de células solares en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable.
La mayor ventaja, dice van Hest, es que la impresión por chorro de tinta, a diferencia de la serigrafía, no implica aplicar presión a la oblea de silicio. Eso hace posible usar obleas mucho más delgadas, dice. En las células solares convencionales, las obleas tienen un grosor de aproximadamente 200 micrómetros. Si se hace más delgado que eso, la mayoría de ellos se romperán durante la fabricación, dice van Hest. Si opta por un método sin contacto, no tiene que preocuparse por eso. Puede usar celdas tan delgadas como de cien micrómetros, o incluso más delgadas. Eso significa que puede ahorrar un 50 por ciento en el costo del silicio. NREL decidió utilizar las impresoras iTi Solar, a diferencia de las de otros fabricantes, por dos razones principales. La primera es la precisión del sistema: las impresoras pueden aplicar tinta con una precisión de 1 micrómetro, a diferencia de los 10 a 15 micrómetros con otros sistemas, dice van Hest. También es fácil de adaptar para trabajar con diferentes tintas y diferentes tecnologías de células solares. El sistema podría, por ejemplo, usarse para fabricar células solares de película delgada hechas de semiconductores como (di) seleniuro de cobre, indio, galio (CIGS), empleando tintas que NREL ha desarrollado.
La impresión por chorro de tinta se ha considerado antes para la fabricación de células solares. Inicialmente hubo mucho ruido al respecto; hace dos años, todo el mundo hablaba de ello, dice Bruce Morgan, director ejecutivo de iTi Solar. Luego, cuando se vieron los resultados prácticos, la gente se desanimó. Dice que el problema era que los cabezales de impresión no tenían una resolución lo suficientemente alta o las empresas no entendían las distorsiones en los materiales sobre los que se imprimía. Los resultados iniciales del sistema iTi Solar sugieren que ha resuelto estos problemas. Hemos visto lo que puede hacer y, hasta ahora, es muy impresionante, dice van Hest.
El sistema NREL está diseñado para producir solo células prototipo. Van Hest dice que la tecnología se puede ampliar fácilmente, por ejemplo, aumentando el número de cabezales de impresión, para producir muchas células a la vez para la producción comercial.