Fabricar células de silicio más delgadas sin que se vea mermada su eficiencia. En eso consiste la hoja de ruta esbozada por investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) y del National Renewable Energy Laboratory (NREL) para reducir los costes de los paneles solares e impulsar el crecimiento de las instalaciones solares.
Las células de silicio más delgadas se han explorado antes, especialmente hace unos 24 años, cuando el coste del silicio alcanzó su punto máximo debido a la escasez de suministro. Pero este enfoque sufrió algunas dificultades: las obleas de silicio delgadas eran demasiado frágiles, lo que conducía a niveles inaceptables de pérdidas durante el proceso de fabricación, y tenían una menor eficiencia.
Las nuevas investigaciones vienen a demostrar que ahora hay formas de abordar estos desafíos mediante el uso de mejores equipos de manejo y algunos desarrollos recientes en la arquitectura de células solares.
Los nuevos hallazgos se detallan en un artículo en la revista Energy and Environmental Science, en coautoría del postdoctorado MIT Zhe Liu, el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, y otros cinco científicos en MIT y NREL.
Enfoque «tecnoeconómico»
Los investigadores describen su enfoque como «tecnoeconómico», destacando que en este punto las consideraciones económicas son tan cruciales como las tecnológicas para lograr mejoras adicionales en la asequibilidad de los paneles solares.
Las actuales células fotovoltaicas de silicio están hechas de obleas de silicio que tienen un grosor de 160 micrómetros. Pero con los nuevos métodos explorados, los investigadores proponen que este grosor podría reducirse a 100 micrómetros y, eventualmente, hasta 40 micrómetros o menos, lo que solo requeriría un cuarto de silicio para un tamaño de panel determinado.
El estudio examinó los niveles de eficiencia de cuatro variaciones de la arquitectura de las células solares, incluidas las células PERC (emisor pasivo y contacto posterior) y otras tecnologías avanzadas de alta eficiencia, comparando sus salidas a diferentes niveles de espesor.
El equipo descubrió que, de hecho, hubo un pequeño descenso en el rendimiento hasta espesores tan bajos como 40 micrómetros, utilizando los procesos de fabricación mejorados de hoy. En el futuro, según los investigadores, el grosor podría reducirse a tan sólo 15 micrómetros.
Un proceso costoso pero rentable para la industria solar
Para fabricar estas células de silicio, sería necesario cambiar las grandes plantas de fabricación de paneles para adaptarse a las obleas más delgadas. Se trata de un proceso que será costoso y que requerirá mucho tiempo, pero el análisis muestra que los beneficios pueden superar los costes.
«Llevará tiempo desarrollar el equipo y los procedimientos necesarios para permitir el material más delgado, pero con la tecnología existente, debería ser relativamente simple bajar a 100 micrómetros», explica el profesor Zhe Liu. Otras mejoras en la tecnología, como una mejor detección de microgrietas antes de que crezcan, podrían ayudar a reducir aún más los espesores.
El propósito de este estudio es proporcionar una hoja de ruta para aquellos que puedan estar planeando la expansión de las tecnologías de fabricación solar. Para hacerlo tangible es necesario que los diferentes actores clave en la industria se reúnan y establezcan un conjunto específico de pasos para avanzar en esta metodología y alcanzar estándares acordados.