Al final de uno de los veranos más calurosos registrados, mientras las peleas sobre cómo hacer funcionar las casas, La energía solar renovable continúa presentando una opción que no agrega significativamente gases de efecto invernadero al medio ambiente a cambio de la iluminación y refrigeración de nuestros hogares. Y se le acaba de dar otra ventaja a través de la ciencia de los materiales.

En un nuevo estudio publicado en Energias , Los investigadores han encontrado una forma de reducir los costos de producción de las células solares en más del 10 por ciento.

"Mejorar el costo por unidad de energía a nivel de celda puede tener efectos masivos en las fases posteriores, "dice Joshua Pearce, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería eléctrica en Michigan Tech. Ya, él dice, Los costos de la energía solar son comparables a los de las formas convencionales de electricidad y es la fuente de energía de más rápido crecimiento. Esta caída del 10 por ciento debería impulsar la energía solar a un primer plano aún más rápido.

Cambiar el silicio utilizado en las células solares por energía renovable reduce los costos

El silicio es el material estándar de captura de luz que se utiliza en las células solares fotovoltaicas (PV). Viene en dos formas principales:cristales perfectos que cuestan más y producen mayores eficiencias y silicio multicristalino que cuestan menos, pero ofrece eficiencias más bajas. Con un grabado común para reducir la luz reflejada, ambos tipos aún pierden algo de luz, que es lo que le da a la mayoría de los paneles solares su color azul.

Los investigadores ya sabían que el silicio nano-texturizado con grabado en seco produce silicio negro (negro-Si) que es más eficiente para capturar la luz que los tratamientos de grabado estándar. No tiene color porque el proceso de grabado en seco toma una superficie de silicio normalmente plana y la "graba en un bosque de agujas a nanoescala, "Dice Pearce." Esas agujas agarran la luz y no la dejan escapar. Es como mirar a los ojos a Darth Vader ".

Normalmente, una superficie tan alta con muchos defectos superficiales perjudicaría el rendimiento eléctrico, pero los investigadores de la Universidad de Aalto descubrieron que cuando el silicio también se trata con un recubrimiento apropiado de deposición de capa atómica (ALD), se mitigan los efectos de los defectos superficiales.

El pensamiento típico ha sido que el costo de las celdas de Si negro del grabado en seco y ALD es demasiado caro para un uso práctico. especialmente en una industria donde, Pearce dice:"Los márgenes son extremadamente ajustados. Todo el mundo está tratando de reducir los costos lo más bajo posible".

Sin embargo, los resultados de su estudio sorprendieron incluso a Pearce. Si bien los investigadores encontraron que la producción de células traseras de emisor pasivo de Si negro (PERC) individuales era entre un 15,8 y un 25,1 por ciento más cara que la fabricación de células convencionales, También encontraron que las ganancias de eficiencia y la capacidad de recurrir al material de partida de silicio multicristalino menos costoso superaron con creces esos costos adicionales:en general, el costo por unidad de potencia se redujo en un 10,8 por ciento.

El futuro de las energías renovables y la producción de energía solar a través de la ciencia de los materiales

El negro no solo es mejor que el azul cuando se trata de paneles solares. Las mejoras podrían comenzar a superar al principal competidor de energías renovables en el campo del cambio climático.

"Para las personas que piensan que la tecnología del carbón podrá competir con la energía solar, deben saber que los costos de la energía solar siguen bajando. La mayoría de las empresas de carbón ya lo están o cerca, en bancarrota ahora, Pearce dice:"No hay forma de que el carbón pueda competir con la energía solar en el futuro".

Él añade, "Este estudio apunta hacia dónde se dirigirá el futuro en la fabricación fotovoltaica y lo que los países podrían querer hacer para darse una ventaja competitiva".

Trabajando en equipo al otro lado del Atlántico para la eficiencia de la energía solar

Pearce completó este estudio durante un año sabático como presidente distinguido Fulbright en la Universidad de Aalto en Finlandia. Trabajó con el Grupo de Física Electrónica de Hele Savin y tuvo acceso a sus datos sobre estos procesos. Los investigadores también pudieron obtener información sobre los costos de fabricación de las empresas, que no es publico, pero se les permitió usar para este estudio, junto con la literatura publicada sobre células solares.

Si bien el precio al contado de las células solares puede cambiar día a día, o incluso a la hora, los resultados aún se mantienen. "Eso es una disminución del 10 por ciento entre los tipos de células, sea cual sea el número ese día, ", dice. Esto se debe a que las comparaciones se realizaron sobre costos relativos, no costos absolutos. Es también por eso que los aranceles fluctuantes arbitrariamente no se tomaron en cuenta en los cálculos.

¿Qué sigue para la energía solar y las energías renovables?

Pearce dice que si bien el proceso de producción aún se puede optimizar para obtener algunos puntos porcentuales más de eficiencia, el siguiente paso de este estudio será utilizado por los responsables políticos para acelerar la fabricación fotovoltaica. Para un país como China, que ya domina la fabricación fotovoltaica mundial, "Hacer este cambio relativamente pequeño es bastante trivial". La Unión Europea, que actualmente fabrica gran parte del equipo de fabricación, También debería "mirar detenidamente la ampliación de escala de las herramientas ALD y el grabado de iones reactivos profundos para satisfacer las necesidades del mercado fotovoltaico en rápida expansión". Espera que países como EE. UU. que solía dominar el campo solar, utilizará estos datos a nivel de políticas para superar a los fabricantes internacionales, e invertir en la producción de nuevas máquinas para fabricar este tipo de células solares.

"No sé qué tecnología acabará siendo la que domine el campo solar, " él dijo, sin embargo, "el estudio muestra el claro ímpetu económico para moverse en la dirección del PERC de silicio negro grabado en seco que no existía antes".

Este estudio se realizó con Chiara Modanese, Hannu Laine, Toni Pasanen y Hele Savin de la Universidad Aalto en Finlandia.