"El precio de la electricidad generada por energía solar sigue cayendo en picado, y la tecnología se está convirtiendo en la forma de energía menos costosa en cada vez más partes del mundo, "dice el investigador de células solares John Atle Bones en SINTEF.

"Estamos en un punto de inflexión económico que favorece la tecnología de células solares, ", dice." Buenos ejemplos de esto en los EE. UU. incluyen el proyecto Berkeley Energy Group / EDF Renewable Energy, que recientemente cerró una mina de carbón y estableció un parque solar en el mismo sitio. En California, las autoridades han decidido recientemente introducir estándares de paneles solares basados ​​en techos para viviendas nuevas, "explica Bones.

Perfeccionando la selección de materias primas

Las reducciones de precios en los paneles solares cada vez más populares son el resultado de desarrollos tanto en la tecnología como en los métodos de producción, y es exactamente esta tecnología y sus materias primas lo que Bones y sus colegas están investigando. Los investigadores de SINTEF ahora tienen la intención de utilizar robots para mejorar la calidad del producto final.

Perfeccionar la fabricación del llamado silicio monocristalino (el material que forma la base de la capacidad de una célula solar para generar electricidad) ha estado preocupando a la comunidad investigadora de SINTEF durante muchos años. Los investigadores ahora han centrado su atención y, más al punto, el de sus sensores hacia el importante crisol de cuarzo que juega uno de los papeles clave en la fabricación de células solares (ver cuadro de datos al final del artículo).

"Cuanto mejores sean las materias primas que tenemos, cuanto más eficientes serán las células solares, y esto, a su vez, reducirá la huella medioambiental de la electricidad que generan las células, "dice Bones." Por eso es importante que los crisoles de cuarzo que usamos sean de la más alta calidad. En la actualidad, la garantía de calidad de los crisoles se realiza mediante inspección visual, pero esto tiene sus limitaciones, "dice Bones, quién está liderando el proyecto.

El robot ha sido desarrollado por investigadores de SINTEF y un grupo de estudiantes de NTNU, y se basa en una serie de sensores ópticos que pueden detectar mucho más de lo que es visible para el ojo humano.

Este paquete de sensores dedicados le ha dado al robot tanto una super visión como las características de un detective. Los crisoles de cuarzo están formados por diferentes capas con diferentes estructuras que combinan reflectividad y transparencia. Para revelar las propiedades de un crisol, fallas y defectos es necesario, literalmente, para buscar en profundidad.

"Antes de construir este robot, estudiamos los crisoles para identificar la conexión entre su calidad y las propiedades del producto final de silicio monocristalino, "dice Bones." Para hacer esto teníamos que ser bastante brutales, ", dice." Aplicamos lo que se llama simplemente métodos destructivos. Esto significa aplastar, triturar y disolver los materiales en productos químicos. Los análisis posteriores nos dieron indicaciones claras sobre las propiedades de las diferentes capas que deben componer un crisol determinado, "dice Bones.

Pero ahora le han enseñado al robot a reconocer defectos en crisoles sin que se destruya ni un grano de polvo en el proceso. El nuevo robot de SINTEF permite guiar un crisol a través de un proceso de clasificación rápido y muy preciso antes de su uso en el horno de fusión. Aquí juega uno de los papeles principales en el proceso de extracción de cristales que precede a la fabricación de obleas.

"Los crisoles tienen típicamente entre 50 y 70 centímetros de diámetro y pesan 10 kilogramos, "dice Bones." Por lo tanto, es importante poder utilizarlos de la manera más óptima posible, ", dice." El uso de un crisol con las propiedades incorrectas puede resultar en tener que volver a fundir el silicio fabricado, " él dice.

Sensores y visión láser

Encontrar un solo sensor que pudiera hacer todo lo que los investigadores querían resultó ser imposible. Así que combinaron una selección de sensores y les permitieron comunicarse entre sí. Según Bones, El sensor de luz blanca confocal es uno de los más importantes incluidos en este sistema.

Funciona respondiendo a los diferentes colores y longitudes de onda correspondientes en el espectro de luz blanca.

Entre otras cosas, También se incluye una cámara CCD digital de alta resolución que puede "ver" a escalas muy detalladas. Este, a su vez, está conectado a un dispositivo de visión artificial que permite al sistema identificar pequeñas variaciones en los materiales que no deberían estar allí.

Luego, el robot se ubica en la posición física correcta.

"Entre las cosas que estamos midiendo está la curvatura y el grosor del crisol de cuarzo, que tiene forma de cuenco, "dice Bones." Aquí, el robot tiene que ajustar sus "ojos" en el ángulo correcto para todos los puntos que está programado para inspeccionar. Esto es posible utilizando varios sensores de distancia y realizando cálculos que permiten al robot corregir continuamente la trayectoria por la que se mueve, " el explica.

No hay problema para compartir

"Nos da un placer adicional haber logrado esto con fondos limitados y la colaboración de los estudiantes de NTNU que han trabajado en este proyecto como parte de sus títulos de licenciatura y maestría, "dice Bones, que ahora está listo para compartir la tecnología de sensores analíticos con cualquiera que crea que puede darle un buen uso.

"¡Lo que sería aún mejor es que alguien lea este artículo y decidiera que eso es justo lo que necesito para mi proyecto!", él dice. "Mucho de lo que hemos logrado aquí es transferible a otros procesos y materias primas, "dice Bones.

El papel del crisol de cuarzo en la fabricación de células solares:un crisol de cuarzo es un recipiente en forma de cuenco, entre 50 y 70 cm de diámetro con paredes de aproximadamente 1 cm de espesor. La calidad del crisol es muy importante. Si es inadecuado, el producto final será inutilizable. El crisol está formado por diferentes capas de cuarzo que realizan una variedad de funciones durante el proceso de fabricación. Actúa como un recipiente utilizado en los hornos que funden el silicio antes de la producción de silicio monocristalino. Como parte de este proceso, un cristal llamado "semilla" se sumerge en el silicio fundido, y luego se extrae de la masa fundida un gran cristal de silicio monocristalino. Este proceso de retiro de cristales toma hasta dos días. El producto final es un cristal de aproximadamente dos metros de largo y 20 centímetros de ancho que a su vez se utiliza como materia prima para la fabricación de las denominadas obleas de silicio. Luego, estas obleas se dividen para producir células solares.