Lo nuevo en células solares: más potentes más accesibles

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Un artículo de investigación de científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Estados Unidos describe un nuevo enfoque para la producción de células a base de arseniuro de galio. El enfoque, denominado “germanio en nada”, podría permitir la producción rentable y en grandes cantidades de células fotovoltaicas basadas en materiales III-V, como el arseniuro de galio.

Científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Estados Unidos (NREL) y del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea han desarrollado un método para producir células solares de arseniuro de galio (GaAs) con un sustrato de germanio reutilizable. Los investigadores dicen que la técnica supone un paso más en la reducción de costos de las células de GaAs.

Las celdas fabricadas con estos materiales son bien conocidas por su alto rendimiento y eficiencia – el NREL trabajó previamente con Microlink Devices, con sede en Chicago, para producir una celda de tres conexiones con una eficiencia de conversión récord del 37,75 por ciento.

Sin embargo, el costo de producción de estos dispositivos los ha limitado a aplicaciones especializadas como los aviones no tripulados y los satélites en las que el bajo peso y la alta eficiencia son preocupaciones más acuciantes que el costo en relación con la energía producida.

Sin embargo, varias empresas e institutos de investigación están trabajando en métodos para reducir los costos de producción de las células solares de GaAs y III-V -que incluyen materiales de esos grupos de la tabla periódica- a niveles aceptables para la producción comercial.

El enfoque de ‘germanio en nada’ adoptado por el equipo, descrito en el artículo “Germanium-on-Nothing for Epitaxial Liftoff of GaAs Solar Cells” (Germanio en nada para el despegue epitaxial de las células solares de GaAs), publicado en la revista Joule, implica la aplicación de una delgada capa de germanio sobre una oblea de germanio, y el crecimiento de una célula de GaAs encima de la capa delgada. A continuación, ambos niveles se despegan de la oblea de germanio, lo que permite su reutilización como sustrato. El proceso crea una serie de poros en la oblea de germanio cuyo tamaño y distribución permite un espacio -la “nada”- entre el germanio fino y la oblea.

El sustrato reutilizable reduce los costos

Utilizando el proceso, el equipo produjo una célula solar de GaAs con una eficiencia del 14,44 por ciento. David Young, científico senior del grupo de fotovoltaica cristalina de alta eficiencia del NREL, dijo que las optimizaciones del proceso podrían traer eficiencias muy por encima del 20 por ciento: “Esta es la primera vez que el GON [germanio sobre nada] se ha aplicado en una superficie lo suficientemente lisa como para permitir el crecimiento epitaxial de alta calidad de GaAs”.

El NREL estima que los sustratos semiconductores para el crecimiento celular representan alrededor del 30 por ciento del costo de una célula solar III-V. Un sustrato reutilizable podría aportar ahorros significativos.

El laboratorio, sin embargo, no indicó cuántas veces se podía reutilizar la oblea de germanio y no proporcionó una estimación de los costos que se pueden conseguir con el proceso, afirmando únicamente que “esta técnica podría permitir la producción rentable y de gran volumen de células solares individuales y multiunión III-V”.

El proceso desarrollado por Microlink que dio como resultado una célula con una eficiencia del 37,75 por ciento el año pasado se basó en un sustrato de galio-arseniuro que también puede ser reutilizado para reducir los costos; sin embargo, no había ninguna afirmación de que la tecnología haría una contribución significativa a una producción rentable.

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