Avance Tecnológico para el Desarrollo de Celdas Solares

Un novedoso proceso de fabricación basado en láser desarrollado por investigadores del Instituto Fraunhofer ISE en Freiburg, Alemania está revolucionando el mercado de los fotovoltaicos. Por primera ocasión las celdas solares de punto de contacto pueden ser fabricadas en serie. Diversos millones de celdas con niveles altamente más significativos de eficiencia ya están disponibles en el mercado.

La transformación de nuestros sistemas de energía hacia el objetivo de generar más electricidad a partir de fuentes renovables de energía es uno de los mayores retos que enfrenta nuestra sociedad en las décadas por venir. La tecnología solar jugará un papel decisivo en alcanzar esta meta. »El monto total de energía eléctrica de fuentes fotovoltaicas es de más de 250 terawatts hora, aproximadamente el equivalente al monto producido por 30 plantas de energía nuclear. Con el fin de ayudar a cumplir los objetivos internacionales climáticos, el monto de energía fotovoltaica recién instalado cada año tendrá que multiplicarse diez veces durante los próximos 15 años. En su conjunto, la tecnología solar tendrá que tornarse más eficiente y rentable con la finalidad de cumplir las demandas de este mercado,« explicó el Dr.-Ing. Ralf Preu, Director de la División‚ de Tecnología de Producción PV y Garantía de Calidad, del Instituto Fraunhofer para Sistemas de Energía Solar ISE en Freiburg. El investigador y su colega el Dr. Jan Nekarda ya han realizado una importante contribución a la protección del clima con el desarrollo de la tecnología Laser-Fired Contact (LFC), que permite la fabricación de celdas solares más eficientes a menor costo.

Actualmente las celdas solares son equipadas con un contacto metálico en toda la superficie, que cubre toda la parte posterior de la celda de silicio y que permite fluir a la electricidad desde la celda hacia el electrodo. Esta configuración sin embargo limita su eficiencia. Una alternativa de más alto desempeño, desubierta en 1989, es la tecnología Passivated Emitter and Rear Cell technology (PERC). En contraste con las celdas convencionales, esta tecnología incluye una capa adicional reflectiva en la parte trasera de la celda y miles de puntos eléctricos de contacto. El proceso LFC desarrollado por investigadores del Instituto Fraunhofer ha permitido la primera producción industrial en masa de las celdas solares PERC.

Producción en Serie de Celdas Altamente Eficientes

Una capa extremadamente delgada no conductiva es depositada en la cara inferior de la celda solar PERC entre la capa de contacto y la celda. Actuando como un espejo, esta capa refleja la proporción de la luz solar no absorbida cuando penetra la celda de vuelta a la celda de silicio, también es capturada en la celda de silicio y el nivel de eficiencia de la celda solar se incrementa. Obtener la electricidad de la celda requiere muchas pequeñas aperturas en la capa no conductiva con el fin de establecer contacto entre el electrodo metálico y la celda de silicio. El procedimiento LFC crea cada una de estas con aproximadamente 100,000 contactos por celda con un sólo pulso láser. »El reto era coordinar los pulsos de tal forma que el contacto sea completamente establecido, mientras el daño al silicio se mantiene en niveles mínimos. En este paso es crucial que el efecto del rayo láser sea limitado entre 50 y 2,000 nanosegundos,« explicó el Dr. Jan Nekarda, director del grupo del Instituto Fraunhofer ISE. Un sistema innovador para guiar el rayo láser hacen posible crear todos los contactos en aproximadamente un segundo.

»Las celdas solares PERC fabricadas de esta forma cuentan con un nivel de eficiencia mejorado de uno por ciento absoluto. Con la eficiencia de las celdas solares actualmente de aproximadamente 20 por ciento, esto representa un porcentaje de cinco por ciento relativo. Ganamos un dos por ciento adicional en el sistema, lo cual significa que incrementamos la eficiencia global del rendimiento en siete por ciento,« Ralf Preu se complace al informar. El nivel de eficiencia es de una importancia enorme dado que la mayoría de los costos en los sistemas fotovoltaicos es directamente proporcional al área de la superficie. »Dónde requerimos 100 metros cuadrados de celdas solares en la actualidad, en el futuro sólo requeriremos 93 metros cuadrados para producir el mismo monto de energía eléctrica. Esto no sólo significa menos silicio, sino también menos material para el módulo en los sistemas y finalmente también ahorros en términos de costos de planeación.«

La Implementación Exitosa en la Industria

Los fabricantes de celdas solares pueden fácilmente y económicamente integrar el procedimiento láser en los procesos de producción existentes. De acuerdo a información proporcionada por la empresa, Hanwha Q Cells ya ha fabricado 20 millones de celdas – utilizando la tecnología LFC desde el principio de la producción. Empresas alrededor del mundo han implementado mientras tanto la tecnología PERC en la producción en masa. »Sólo en el año actual los fabricantes han invertido más de 200 millones de Euros en la implementación. Esto finalmente significa la fundación de la próxima evolución de las celdas solares de silicón,« Ralf Preu se complace al informar.

Ralf Preu y Jan Nekarda han recibido el premio Joseph-von-Fraunhofer 2016 por su papel como fundadores e impulsores de esta transformación. El jurado basó el premio entre otras cuestiones sobre el hecho de que »el desarrollo de los investigadores ayuda a las empresas Alemanas a continuar teniendo éxito en el altamente competitivo mercado de los fotovoltaicos.«

Para mayores informes, por favor consultar: www.ise.fraunhofer.de

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Instituto Fraunhofer ISE

Con un equipo conformado por 1100 investigadores, Fraunhofer ISE es el Instituto de investigación sobre la energía solar más extenso en Europa. El trabajo desarrollado por el Instituto varía desde la investigación sobre los fundamentos científicos y tecnológicos de las aplicaciones de energía solar, desde el desarrollo de tecnologías y prototipos de producción, hasta la construcción de sistemas de demostración. El Instituto planea, asesora, y proporciona conocimientos e instalaciones tecnológicas y servicios.

El Instituto Fraunhofer ISE está integrado a una red de cooperación nacional e internacional. Entre otros, forma parte de la Asociación ForschungsVerbund Erneuerbare Energien (FVEE – Asociación para la Investigación de la Energía Renovable en Alemania) y de la Asociación de Centros de Investigación sobre Energías Renovavles de Europa (EUREC) www.ise.fraunhofer.de.